Divisione dell’organismo in compartimenti: cellule e tessuti

DIAMETRO DELLE FIBRE PROTEICHE NEL CITOPLASMA

Le tre famiglie di proteine fibrose citoplasmatiche sono classificate in base al diametro e alla composizione .

Tutte le fibre sono polimeri di proteine più piccole. Le più sottili sono le fibre di actina, dette anche

microfilamenti.

I filamenti intermedi, un po'più grandi, possono essere costituiti da diversi tipi di proteine, tra cui la

cheratina nei capelli e nella pelle e i neurofilamenti nelle cellule nervose.

Le proteine fibrose più grandi sono i microtubuli, cavi e costituiti da una proteina chiamata tubulina. Alle

fibre proteiche cellulari è associato un numero elevato di proteine accessorie. Le proteine fibrose,

insolubili, della cellula hanno due funzioni generali: supporto strutturale e movimento.

Alle proteine può attaccarsi anche il citoscheletro che da stabilità alla cellula .

Il supporto strutturale è fornito soprattutto dal citoscheletro. I1 movimento della cellula o di elementi

all’interno della cellula ha luogo con l'ausilio di proteine fibrose e di un gruppo di enzimi specializzati

chiamati proteine motrici. Il citoscheletro si estende per tutto il citoplasma.

GLICOCALICE

I carboidrati di membrana sono per lo più degli zuccheri legati a proteine di membrana (glicoproteine)

oppure a lipidi di membrana (glicolipidi). Essi si trovano solo sulla superficie esterna della cellula, dove

formano uno strato protettivo detto glicocalice [da glico-, zucchero + kalyx, guscio].

Le glicoproteine sulla superficie della cellula svolgono un ruolo chiave nella risposta immunitaria

dell'organismo.

Per esempio, i gruppi sanguigni AB0 sono determinati dal numero e dalla composizione degli zuccheri

legati agli sfingolipidi di membrana

SCHEMA DELLE PROTEINE DI MEMBRANA

Al fisiologo interessa la funzione.

Le proteine carrier legano solo una proteina da trasportare. Il canale può essere aperto (è sempre aperto)

o chiuso. Il canale a cancello è classificato sulla base dello stimolo che fa aprire quel canale. Canale

regolato meccanicamente significa che uno stimolo meccanico, come stiramento della membrana, fa aprire

l canale. Il canale a cancello voltaggio dipendente si apre solo se varia il potenziale di membrana a riposo. Il

canale regolato chimicamente significa che il cancello si apre solo se la molecola ligando si va a legare (es

neurotrasmettitore).

Le proteine di membrana di una cellula si possono anche attaccare a proteine di membrana di un’altra

cellula formando giunzioni. Si possono attaccare alle proteine del citoscheletro che mantiene la forma della

cellula.

Alcune proteine possono funzionare come molecole segnale, possono attivare il metabolismo o una

cascata.

Alcune possono essere recettori di membrana, cioè recettori specifici a cui vanno ad attaccarsi le molecole

da trasportare o molecole segnale che devono indicare una risposta nella cellula.

Quando la proteina presente nella membrana funziona come recettore, la molecola che va a legarsi prende

il nome di ligando. La molecola segnale deve cercare il recettore specifico che si trova nella membrana

formando il complesso ligando-recettore che darà inizio a una cascata di eventi trasdutivi dentro la cellula.

CLASSIFICAZIONE DELLE PROTEINE DI MEMBRANA IN BASE ALLA FUNZIONE

PROTEINE STRUTTURALI: formano giunzioni tra le C e il citoscheletro.

- ENZIMI: catalizzatori biologici delle reazioni metaboliche del nostro organismo, accelerano le

- reazioni che naturalmente avverrebbero lo stesso ma in tempi più lunghi. Intervengono nel

metabolismo e nel trasferimento del segnale.

RECETTORI: intervengono in endocitosi mediata da recettori e attivano gli enzimi, la maggior parte

- dei farmaci e delle molecole ligando del nostro organismo passano e si legano attraverso proteine

di membrana o recettori. Seguono un modello chiave-serratura con la molecola ligando, cioè nel

recettore si lega solo una determinata molecola perché hanno una struttura affine. Esistono

molecole con struttura molto affine che possono mimare le funzioni della molecola ligando che si

chiamano agonisti, si legano al recettore e lo attivano, oppure antagonisti che hanno struttura

diversa rispetto alla molecola ligando, si legano al recettore e lo bloccano.

TRASPORTATORI:

-

* PROTEINE CARRIER: (navetta), usata quando la molecola è troppo grossa, trasportano un numero finito di

molecole. Possono veicolare ioni ma anche macromolecole come AA o glucosio.

* PROTEINE CANALE: Sono specifiche per determinati ioni o per ioni simili tra loro e servono per far

passare ioni o acqua. Hanno una struttura grossa che quando è aperta fa passare miliardi di molecole al

secondo. Esistono più di 100 tipi di canali diversi, che prendono il nome della sostanza alla quale

consentono il passaggio.

Le proteine canale collegano direttamente i compartimenti intra ed extracellulari.

Il passaggio attraverso canali è limitato principalmente all’acqua e agli ioni. In un canale aperto passano

decine di milioni di ioni al secondo.

La selettività di un canale è determinata dal diametro del poro dalla carica elettrica degli aminoacidi che

rivestono il canale.

Il canale e il carrier sono due cose diverse. Il canale quando è aperto fa passare miliardi di ioni

contemporaneamente, il carrier si apre sul versante intracellulare e lega poche molecole perché ha un

numero di posti di legame limitati, così il carrier cambia conformazione e si apre sul versante extr acellulare

e libera la molecola.

Il canale quando è aperto è una struttura presente tra il liquido intra ed extracellulare e non controlla cosa

entra. Il carrier non si può aprire su tutte e due i versanti, o si apre sul versante intracellulare o su quello

extracellulare.

Le proteine canale sono costituite da subunità proteiche transmembrana che creano un aggregato di

cilindri che circondano uno stretto poro pieno d'acqua.

L'apertura e chiusura dei canali è regolata da fattori chimici, elettrici e meccanici. I canali possono essere:

1. Canali aperti, (aperti per la maggior parte del tempo), fanno sempre passare gli ioni. Chiamati

canali lassi o pori nel caso dell’acqua.

2. Canali a cancello, (chiusi per la maggior parte del tempo) detti anche controllati o operati.

I cancelli si attivano in base a determinati stimoli che possono essere:

• regolati chimicamente, o canali ligando-dipendenti: La molecola chimica si lega al ligando, si attacca

al canale dall’esterno, il canale si apre e passano gli ioni. Es: recettore per il canale nicotinico nella

giunzione neuromuscolare. Il muscolo si contrae perché l’acelticolina si lega al canale e fa entrare

ioni.

• canali voltaggio-dipendenti: si trovano in tutti gli apparati (SN e funzionamento del miocardio).

Quando il potenziale di membrana di una C varia il canale si apre. Si classificano in base allo ione

che passa, quindi possono essere canali voltaggio dipendenti per il Na, per il K, per il Cl e Ca. Le

anestesie locali agiscono chiudendo questi canali.

• acquaporine: canali ionici per l’acqua. L’acqua essendo polare non può passare in altro modo.

• lo stiramento della membrana può favorire l’apertura di canali che sono definiti meccano-sensibili o

stretch attivato. Es: nel corpuscolo del Pacini (terminazione sensoriale di natura meccanica)

responsabile del tatto

Gli aminoacidi che si affacciano verso il centro del canale generano un passaggio che consente il transito di

ioni e molecole.

STRUTTURA DI UN CANALE IONICO

DIAMETRO DEL

PORO CANALE

FILTRO DI

SELETTIVITA’

SITO DI

FOSFORILAZIONE

Le proteine integrali attraversano il doppio strato fosfolipidico e forma un poro canale idrofilo che fa

passare gli ioni che abbiano una certa carica. In base alla dimensione del poro canale passano determinati

ioni (la dimensione dello ione deve coincidere con la dimensione del poro) quindi la dimensione del raggio

anidro del poro mi fa capire quali ioni possono passare. Ci possono essere però ioni che hanno dimensioni

simili, quindi, entra in gioco la carica dello ione, se dentro il canale sono presenti amminoacidi carichi

positivamente lo ione che può passare è il cloro (l’unico con carica negativa).

Quindi la selettività è data dalla dimensione del poro canale e dalla carica.

Molti canali ionici presentano sul versante citoplasmatico un sito di fosforilazione, cioè quel sito in cui si

aggiungono gruppi fosfato, quindi potenzio l’attività del canale. Ogni volta che si fosforila il canale si

aumenta l’apertura.

CLASSIFICAZIONE DEI CANALI IONICI

CANALI A CANCELLO (classificati in base a cosa li fa aprire)

1) CANALI LIGANDO O CHEMIO-DIPENDENTI: funzionano facendo entrare lo ione in seguito al legame del

ligando al recettore. Associato al canale c’è il recettore.

2) CANALI VOLTAGGIO-DIPENDENTI: cambiamento di potenziale di membrana che fa aprire il canale, di

solito sono sodio, potassio e calcio

3) CANALI MECCANO-SENSIBILI: si aprono in seguito a stiramento della membrana plasmatica

CANALI DI LEAKAGE: canali sempre aperti, quindi canali di fuga, non si possono controllare.

Il sodio passa e il potassio no. Il sodio si lega all’estremità ammino terminale del canale. Il sodio è anche

attratto della carica negativa dell’amminoacido che lo attrae; se l’amminoacido fosse stato caricato

positivamente il sodio non sarebbe passato ma sarebbe passato il cloro.

Sono stati individuati più di 100 tipi di canali ionici. Possono essere specifici per uno ione o possono

consentire il passaggio a ioni simili per carica e dimensione. I canali ionici si classificano in quante volte

attraversano il doppio strato fosfolipidico. Ad esempio, i canali voltaggio-dipendenti hanno 4-6 domini

trans-membrana, quindi, attraversano 4-6 volte il doppio strato fosfolipidico.

Quando uno ione passa all’interno di un canale si trova immerso in soluzione acquosa ma passa attraverso

il canale da solo, senza acqua. Però uno ione in ambiente acquoso si ricopre di un alone di solvatazione

(una serie di molecole d’acqua). Perciò un po’ di acqua passa, per via del gradiente osmotico che si crea.

*Questo accade nei trasporti dell’apparato gastrointestinale e del rene.

Esistono dei canali selettivi per K, Na, Cl, Ca che selezionano lo ione in base a:

• dimensione del poro canale in base al raggio dello ione;

• in base alla carica dei AA dentro il canale: se ci sono cariche- passano più facilmente ioni + come Na,

se ci sono cariche + passano ioni - come Cl.

PASSAGGIO DI IONI

Quando gli ioni passano attraverso un canale, non possono passare se hanno tutti l’alone di solvatazione.

Quando lo ione arriva a livello del canale sbatte contro il filtro di selettività del canale e questo urtare fa

perdere le molecole d’acqua, quindi, lo ione passa attraverso il canale nella