Biologia generale

ALPHA ELICA BARILE BETA

3. GLICOSILAZIONE DELLE PROTEINE E GLICOCALICE

Molte delle proteine della membrana sono glicosilate in quanto la maggior parte deriva dal

traffico intercellulare dal RER, GOLGI (etc.) e la loro disposizione sulla membrana è

contemporanea alla loro sintesi: già quando viene prodotta viene glicosilata e inserita all’interno

della parete fatta da un doppio strato fosfolipidico del REL; una proteina già pronta non

potrebbe mai essere posizionata in mezzo a un doppio strato fosfolipidico.

Nei residui proteici vi sono spesso ponti disolfuro che stabilizzano catene proteiche e

determinano la loro struttura terziaria rendendole idonee a creare interazioni con un ligando

esterno non solo attraverso interazioni deboli ma anche covalenti (ponti disolfuro).

Con alcuni detergenti posso demolire il doppio strato fosfolipidico ed estrapolare le proteine

integrali (per esempio sodio dodecilfosfato SDS oppure triton X-100).

Gli zuccheri legati a proteine o lipidi possono essere così abbondanti da costituire uno strato

vero e proprio, un feltro di zuccheri che prende il nome di glicocalice fatto da oligosaccaridi

e/o polisaccaridi che va a proteggere la cellula da enzimi, sostanze acide, pH troppo elevato

etc. e filtra ciò che passa che passa e arriva alla membrana. Questo filtro spesso esplica anche

funzione di riconoscimento molecolare: gli zuccheri infatti sono antigeni di superficie delle

cellule – ad esempio i gruppi sanguigni sono determinati da specifici zuccheri esposti sulla

superficie dei globuli rossi.

L’assemblamento di zuccheri a formare il glicocalice crea spesso anche microambienti dove

possono avvenire particolari reazioni grazie alla localizzazione di specifici enzimi.

La componente dei monomeri che compongono gli zuccheri cambia ed è alterata nelle cellule

tumorali: questo è un segnale per il sistema immunitario che se funziona, identifica quella

molecola come estranea e reagisce contro quella cellula per annientarla.

Come detto prima, la glicosilazione avviene durante la sintesi stessa della proteina e per questo

la maggior parte delle proteine di membrana ha anche una componente zuccherina che

consente loro di formare il glicocalice che riveste funzioni di estrema importanza:

riconoscimento, adesione, filtro, esposizione di cariche elettriche, assorbimento e catalisi

enzimatica.

Un esempio importante di adesione è quello dei neutrofili (granulociti polimorfonucleati) che

espongono sulla loro superficie degli specifici zuccheri. Essi passano attraverso i vasi sanguigni

che espongono le lectine sulle loro pareti che riconoscono gli zuccheri che quindi verranno

attratti in modo da aderire alla parete del vaso dove acquistano la mobilità di tipo ameboide,

significa strisciare sulla superficie delle cellule, e passano da cellula a cellula per migrare dal

circolo sanguigno al sito di infezione richiamati quindi da uno stimolo chimico – fenomeno

denominato “estravasazione”.

Riassumendo: Il granulocita rotola (rolling), viene trattenuto dalle lectine e a quel punto viene

fatto aderire all’endotelio che gli consente il passaggio e l’invasione del sito infettato. Le cellule

tumorali metastatiche fanno un “gioco” di questo genere: mimano i neutrofili e quindi le cellule

dei vasi riconosco gli zuccheri presenti sulle cellule cancerogene che sono andate in circolo

nell’organismo rilasciate dal sito neoplastico e ingannano il sistema immunitario sfruttando

questo meccanismo grazie al quale giungono in altre sedi per ricominciare a moltiplicarsi.

4. CORTEX

La membrana è così poco spessa e fragile che per rimanere solida e svolgere le proprie funzioni

necessita di essere rafforzata da una rete di fibre derivanti dal versante citosolico che la

sostiene e struttura adeguatamente. Si forma così il cortex cellulare che è un’impalcatura di

proteine fissate alla membrana plasmatica tramite altre proteine transmembrana che

funzionano come “fermagli”. La sua componente principale è la spettrina, che ricorda i ghost

dei globuli rossi, in quanto gli studi sulla membrana sono stati effettuati sui globuli rossi che

quando privati della loro membrana rimangono solo delle “vescicolette” vuote, strutturata a

dimeri che formano delle sorte di maglie di una rete attraverso due subunità proteiche disposte

a spirale. Insieme alla spettrina danno sostegno alle alfa eliche super avvolte altre proteine:

anchirina e banda 3, glicoforina e banda 4.1, l’adducina (etc.) che formano i “nodi”, punti di

ancoraggio alla membrana dove lavorano sia proteine transmembrana sia quelle di

collegamento tra la glicoforina (proteina transmembrana) e spettrina, tra cui troviamo l’actina

che è una delle proteine principali del citoscheletro. Questa conformazione permette al cortex

di essere un supporto meccanico fondamentale ma non conferisce rigidità bensì fluidità ed

elasticità, quando la cellula è infettata acquista rigidità e il cortex fa in modo che non perda la

sua struttura originaria conferendole forza meccanica per evitare che le proteine si spostino

troppo.

Per muovere la cellula il citoscheletro interno fa riorganizzare il cortex così da permettere il

movimento.

PERMEABILITA’ E FLUIDITA’ DELLA MEMBRANA

La membrana pur essendo molto fluida mantiene l’identità della cellula comunicando

costantemente con l’esterno, per questo si parla di “barriera semipermeabile”, che permette di

mantenere attivi entrambe i meccanismi.

Le concentrazioni dei soluti sono molto diverse dall’interno all’esterno così come dall’interno

degli organelli al citoplasma.

Gli ioni, ad esempio, hanno una concentrazione notevolmente diversa sui due versanti della

membrana, soprattutto Sodio e Potassio:

Ione Sodio Na : la sua concentrazione intracellulare è dai 5 ai 15 mM, quella

+

- extracellulare si aggira attorno ai 145 mM.

Ione Potassio K : la sua concentrazione intracellulare è circa 140 mM, quella

+

- extracellulare è stata calcolata 5 mM.

Anche altri ioni come il Calcio Ca , Magnesio Mg e Cloro Cl hanno concentrazioni molto

2+ 2+ -

differenti intracellularmente ed extracellularmente, diversamente dallo ione idrogenione H la

+

cui concentrazione determina il pH che si attesta su entrambe i versanti a un valore vicino alla

neutralità (7.2 intra, 7.4 extra).

Gli ioni essendo dotati di cariche nette non possono attraversare la membrana liberamente e

le loro concentrazioni sono mantenute stabili da un lavoro effettuato dalla cellula per mantenere

questa forte asimmetria non spontanea e naturale.

La membrana è molto selettiva per quanto riguarda il passaggio di molecole e questo si basa

sulla loro natura fisica e chimica:

Piccole molecole idrofobiche come gas e ormoni steroidei (derivanti dal colesterolo)

- passano per diffusione semplice, cioè riescono liberamente a inserirsi nella membrana

senza alcun supporto.

Piccole molecole polari come acqua H2O, urea e glicerolo anche se non dotate di carica

- netta faticano a trapassare la membrana e se lo fanno, il processo avviene molto

lentamente e faticosamente in maniera ‘naturale’ pertanto necessiteranno di proteine

‘carriers’, cioè trasportatrici, che favoriranno e velocizzeranno il processo senza consumo

di energia.

Grandi molecole apolari come glucosio e sucrosio molto difficilmente passeranno la

- membrana senza ausili esterni.

Gli ioni, pur essendo molecole molto piccole, come già detto in precedenza espongono

- una carica netta e sono estremamente polari per cui verranno respinte completamente

dall’ambiente idrofobico della membrana.

GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE

Ciò che decide da che parte si deve andare è il gradiente di concentrazione: le sostanze,

come dicevamo prima in riferimento agli ioni, hanno concentrazioni differenti all’interno e

all’esterno della cellula, per cui spontaneamente per la Legge della diffusone una sostanza si

sposta sempre da una regione ad alta concentrazione di soluto ad una a bassa concentrazione

per mirare all’equilibrio.

Se noi parliamo di molecole con cariche elettriche come gli ioni però, alla forza chimica si

somma la forza elettrica di attrazione o repulsione tra di esse.

Si parla così di “potenziale di membrana” che è calcolato sulla base della distribuzione delle

cariche sui due versanti e si distinguono diversi casi:

Assenza di potenziale di membrana: non vi è differenza nella distribuzione delle

- cariche sui due versanti e si ha equilibrio dal punto di vista elettrico quindi le molecole

saranno influenzate solamente da attrazioni di tipo chimico.

Potenziale di membrana negativo all’interno: tutte le cellule possiedono un

- potenziale di membrana negativo nella realtà perché la distribuzione degli ioni è

fortemente asimmetrica. La membrana presenta una concentrazione più elevata di

cariche negative all’interno e di cariche positive all’esterno. Il movimento dello ione

seguirà quindi anche la forza elettrica: gli ioni positivi all’esterno saranno attratti

dall’interno della membrana e viceversa; si parla per questo di “gradiente elettrochimico”

che unisce il gradiente di concentrazione chimico al gradiente generato dalle interazioni

elettriche tra le molecole.

Potenziale di membrana positivo all’esterno: avviene quando la membrana subisce

- una depolarizzazione, cioè un’inversione del potenziale di membrana, ad esempio

durante la trasmissione di un impulso nervoso che causa una massiccia migrazione di

ioni positivi all’interno della cellula e conseguente concentrazione maggiore di cariche

negative all’esterno. A questo punto l’ingresso di ulteriori ioni positivi all’interno verrà

ostacolato in quanto cariche dello stesso segno si respingono.

Le sostanze che passano liberamente solo secondo gradiente di concentrazione sono poche,

per tutte le altre sostanze sia perché troppo grandi o perché polari è necessario l’intervento di

un trasportatore che può essere un barile beta oppure mediata da vettori/carriers che sono

proteine che riconoscono la molecola come loro ligando e cambiano la loro conformazione per

scaricarlo all’interno della cellula. Si tratta comunque si trasporti di tipo passivo cioè non

richiedono l’uso di energia sotto forma di ATP.

I trasporti che avvengono contro gradiente di concentrazione richiedono invece l’utilizzo di

energia e il passaggio delle molecole è accoppiato ad una reazione che libera energia, cioè

l’idrolisi di ATP, che spinge i carriers del trasporto attivo (anche chiamati “pompe”) a portare le

sostanze da una regione a bassa concentrazione ad una ad alta.

C.I. DI BIOLOGIA GENE