Appunti di Biologia

PROTEINE DI MEMBRANA

La membrana contiene le proteine e la fluidità di membrana è

importante per il loro movimento. Le proteine transmembrana si

possono dividere in:

Proteine integrali (a): con una o più eliche transmembrana.

- Possono essere mono o multipasso e possono essere associate ad

un solo lato (monotopiche).

Proteine periferiche (b): blocca la proteina integrale di membrana

- attraverso deboli interazioni. Entra in contatto con le teste idrofiliche

del monostrato fosfolipidico. Sono appoggiate alla membrana

esterna o interna, e sono legate tramite interazioni di carica.

Proteine legate ai lipidi (c): sono presenti i legami covalenti con

- un fosfolipide o con un acido grasso, incluso in un monostrato. La

proteina si associa grazie al GPI solo se esterna, poiché gli zuccheri

si trovano solo sulla superficie esterna (glicosil fosfatidil-inositolo).

Hanno legami tra le proteine periferiche e catene di acidi grassi o

fosfolipidi.

Proteina multipasso: è formata a partire da una catena polipeptidica.

L’estremità ammino-terminale è rivolta verso l’ambiente extracellulare,

mentre l’estremità carbossi-terminale è rivolta verso il citosol.

Le regioni di proteine inserite nel doppio strato fosfolipidico sono composte

da aminoacidi con gruppi R apolari.

Es. Glicoforina è una proteina dei globuli rossi che crea un rivestimento

zuccherino (glicosilata) idrofilo che avvolge l’eritrocita; inoltre, aumenta la solubilità nel

sangue dell’eritrocita e lo isola.

OLIGOSACCARDI E GLICOCALICE

Gli oligosaccaridi della superficie cellulare determinano per ciascun tipo

cellulare un marker d’identificazione.

Il Glicocalice è lo strato superficiale glucidico esterno delle cellule ed è

composto da oligosaccaridi legati covalentemente a proteine o lipidi per

formare glicoproteine e glicolipidi.

La glicosilazione dei gruppi sanguigni in modo diverso varia il gruppo

sanguigno, quindi il marker d’identificazione sarà differente.

Viene usato nel riconoscimento cellula-cellula ed è importante nel mediare le risposte

infiammatorie.

Protegge la cellula da sollecitazioni meccaniche o dall’ambiente circostante, filtra le

sostanze che devono entrare nella cellula e favorisce l’assorbimento dei metaboliti.

Non tutte le cellule possiedono le stesse proteine. Le proteine, a

livello di una membrana possono avere:

1. Funzione di trasporto: non è un trasporto casuale, ma

può essere

a. Trasporto selettivo per ioni

b. Proteine pompa

2. Attività enzimatica: la proteina di membrana ha un sito

catalitico a cui si dovrà associare il substrato corretto.

3. Trasduzione del segnale: la proteina si lega al sito ed è

in grado di cedere un messaggio selettivo che arriva

dall’ambiente esterno.

4. Riconoscimento tra cellule

5. Adesione intracellulare

6. Adesione al citoscheletro e alla matrice

extracellulare.

Il citoscheletro costituisce lo scheletro della cellula e limita

i movimenti delle proteine integrali di membrana sul lato

citoplasmatico della cellula.

Per dimostrare il movimento delle proteine all’interno del citoscheletro venne eseguito un

esperimento “recovery fluorescence after photobleaching” (FRAP):

1. Le proteine sulla membrana cellulare vengono marcate con del colorante fluorescente;

2. Attraverso un raggio laser una piccola regione viene sbiancata e decade il segnale

fluorescente;

3. Dopo un certo intervallo di tempo, nell’area sbiancata erano visibili alcuni segnali rossi,

quindi, se le proteine marcate sono mobili, i loro movimenti casuali porteranno alcune

proteine marcate nell’area sbiancata;

Le proteine hanno un certo grado di mobilità e le proteine integrali sono in grado di

muoversi, anche se lentamente (non tutte le proteine possono muoversi, dipende dalla

cellula e la percentuale varia).

I due strati fosfolipidi possono differire tra di loro per: la composizione dei fosfolipidi,

l’orientamento spaziale delle proteine e perché i carboidrati sono confinati

esclusivamente all’esterno della cellula.

Le membrane derivano da membrane preesistenti e il loro accrescimento è determinato

dall’inserimento di lipidi e proteine nella matrice fluida del doppio strato.

ZATTERE LIPIDICHE

Sono regioni formate da accumuli di proteine, colesterolo e sfingolipidi, hanno uno

spessore maggiore (le code di acidi grassi sono più lunghe rispetto agli altri) e sono centri

di assemblaggio di recettori per molecole segnale.

La capacità dei fosfolipidi di organizzarsi

in ambiente acquoso creando delle

vescicole è stato sfruttato per produrre i

liposomi.

I liposomi sono delle vescicole

lipidiche usate come sistema di trasporto per i farmaci.

La membrana formata da fosfolipidi può fondersi con quella delle cellule e

trasportare farmaci all’interno.

Hanno una superficie funzionalizzata con specifiche proteine che

permettono ai liposomi di legarsi alle cellule bersaglio.

La cellula epiteliale è polarizzata, ha una regione apicale, una

basale e due laterali, ognuna con morfologia e funzionalità

diverse:

Membrana apicale (microvilli + glicocalice): regolazione

 dell’ingresso di materiali nutritizi e acqua tramite proteine

trasportatrici, regola la secrezione e ha la funzione di

protezione.

Membrana laterale: ha una media adesione tra cellula-

 cellula, svolge il ruolo di comunicazione cellulare.

Membrana basale: possiede proteine transmembrana

 che si legano al tessuto connettivo sottostante per la

creazione di gradienti ionici.

L’epitelio è formato da cellule a mutuo contatto con scarsa

matrice extracellulare tra di loro che poggiano su una membrana

basale. Pneumociti => avvolgono l’alveolo polmonare, e il

passaggio di CO2 e O2 tra l’alveolo e i capillari avviene

tramite delle fessure (capillari defenestrati).

TRASPORO DI MEMBRANA

La membrana plasmatica è semipermeabile, permette solo a

certe molecole o ioni di attraversarla.

Ha una permeabilità selettiva, lascia permeare per diffusione

- semplice molecole apolari (ormoni steroidei) e piccole

molecole polari (acqua o gas).

Nelle cellule deve essere garantita l’omeostasi (equilibrio tra

- ambiente interno ed esterno).

Ogni cellula è in grado di accumulare sostanze a

- concentrazioni diverse dall’ambiente circostante.

La cellula scambia con l’ambiente sostanze nutritive

- (zuccheri, aminoacidi) e regola la concentrazione

intracellulare di ioni (sodio, potassio, calcio ecc.).

Il passaggio dell’acqua attraverso la membrana avviene per

OSMOSI.

È un fenomeno per cui si ha un flusso di solvente (acqua) tra due

soluzioni separate da una membrana semipermeabile dovuto

alle differenze di concentrazione. L’acqua fluisce dalla soluzione

meno concentrata a quella più concentrata.

Gli effetti delle soluzioni a diverse concentrazione saline sul

volume della cellula:

Soluzione isotonica: i soluti nel liquido sono presenti in

- modo uguale alla concentrazione di soluti nei globuli rossi;

Soluzione ipertonica: l’acqua è ricca di sali rispetto alla

- cellula, quindi la cellula perde acqua e raggrinzisce;

Soluzione ipotonica: il globulo rosso ha all’interno più soluti rispetto ai soluti presenti

- nell’acqua, la cellula richiama l’acqua dall’esterno gonfiandosi fino a scoppiare.

ACQUOPORINE

Proteine integrali di membrana che lasciano passare miliardi di molecole di acqua

in file in un secondo.

Nel 1992 Agree e dei suoi collaboratori ingegnerizzarono oociti di anfibio affinché

esprimessero questa proteina e posero le cellule in un mezzo ipotonico: le cellule si gonfiarono

fino a scoppiare e scoprirono così le acquaporine.

Scoprirono 11 diverse tipologie di acquaporine nei vertebrati, di cui

successivamente vennero identificate due sottofamiglie:

Acquaporine del traposto dell’acqua: garantisce solo il trasporto

 dell’acqua

Acqua-glicoproteine (nei batteri): lascia passare acqua, glicerolo

 e molecole neutre.

Le acquaporine sono costituite da una proteina tetramerica (4

monomeri identici), ed ogni monomero contiene 6 segmenti transmembrana.

Le acquaporine umane sono presenti in maggior quantità nei reni (si trovano nel nefrone =>

reni), nei capillari polmonari, nelle cellule secretorie delle ghiandole salivari e negli eritrociti,

cioè dove serve regolare efficientemente il passaggio di acqua.

TIPI DI TRASPORTO

Questo schema propone quattro tipologie di trasporto diverse:

Diffusione semplice: movimento diretto e spontaneo attraverso il doppio strato

- fosfolipidico. Le proteine utilizzate per il trasporto sono di tre classi: proteine pompa,

trasportatrici e canale.

Trasporto passivo/diffusione facilitata (senza consumo di energia poiché a favore

- di gradiente di concentrazione):

Proteina canale: il soluto da trasportare è uno ione, il quale possiede un proprio

 canale.

Proteina trasportatrice: il soluto ha un suo trasportatore, proteina vettrice,

 il quale riconoscerà la molecola da trasportare, la legherà e la trasporterà verso il

lato desiderato della cellula.

Trasporto attivo (consuma energia -ATP- poiché avviene contro gradiente):

- Proteina trasportatrice: trasporto dall’ambiente intracellulare all’ambiente

 extracellulare.

A questi poi si aggiungono processi di:

Endocitosi: processo attraverso il quale la cellula prende molecole dallo spazio

- extracellulare piegando la sua membrana attorno ad esse e formando una vescicola.

Esocitosi: processo che utilizza le vescicole per rilasciare sostanze nello spazio

- extracellulare.

Pinocitosi: permette di internalizzare le gocce di liquidi.

-

Il gradiente elettrochimico è una forza che media il trasporto da un ambiente all’altro in

cui il soluto presenta la carica; è determinato dalla somma del gradiente di concentrazione del

soluto e della differenza di potenziale tra i due lati della membrana.

PROTEINE CANALE

Sono proteine selettive transmembrana che trasportano gli ioni, la cui concentrazione

è controllata sia nell’ambiente extracellulare che in quello citoplasmatico.

Consentono il transito di ioni in entrambe le direzioni, ma è il gradiente che determina

la direzione. I canali ionici sono importanti per determinare il potenziale di membrana.

Diffusione facilitata

Il trasporto dipende dal potenziale elettrochimico (somma di forze chimiche ed

- elettriche).

Il potenziale è una forza che riesce a spostare uno ione da un lato all’altro della

- membrana, gli ioni vengono trasportati secondo un gradiente di

concentrazione e di carica.

Sul lato es