Citologia - proteine e membrane

MEMBRANA BIOLOGICA

Con il TEM (microscopio elettronico a trasmissione) le membrane, sia quella plasmatica che quella interna, appaiono

come strutture a 3 lamine: 2 elettrondense più scure, separate da zona non elettrondensa, chiara. Ricordando che le

membrane sono formate da una piccola percentuale di polisaccaridi e per la maggior parte da lipidi e proteine, questo

aspetto può essere spiegato dal modello di Singer e Nicolson (1972).

La membrana infatti è formata da un doppio strato lipidico, un fluido bidimensionale all’interno del quale sono

mescolate proteine ad essa associate, alcune immerse nel doppio strato, alcune legate alla superficie interna o esterna

(ciò vale sia per la membrana plasmatica sia per le membrane interne).

Osserviamo le proteine integrali di membrana, le quali hanno una zona che attraversa la membrana: infatti

possiedono un dominio che può rimanere all’interno del doppio strato.

Esistono scale per valutare l’idrofobicità dei residui amminoacidici; per esempio arginina e glutammato, essendo

carichi, difficilmente interagiscono con membrane idrofobiche ed avranno un basso coefficiente di idrofobicità, mentre

altri amminoacidi quali triptofano e fenilalanina hanno un’idrofobicità molto alta; usando questo tipo di coefficienti è

possibile calcolare l’idrofobicità di una proteina, analizzando la sequenza lineare (struttura primaria), a gruppi di 20

amminoacidi, spostandosi ogni volta di uno, valori poi inseriti in grafico per tutta la proteina. Esisterà quindi un

dominio con un profilo molto alto di idrofobicità, molto distinto dal resto: questo dominio conterrà quindi per larga

parte amminoacidi idrofobici come leucina e valina; questi domini sono spesso ad α-elica con residui idrofobici rivolti

verso l’esterno: per sua natura l’α-elica tenderà a cercare un’ambiente idrofobico. Questo dominio sito nel doppio strato,

e specificamente nella zona delle code lipidiche, tenderà a rimanere stabile essendo termodinamicamente sfavorito ad

uscirne.

In una stessa proteina si possono individuare numerosi domini idrofobici, detti di trans-membrana (ovvero che

l’attraversano completamente).

Questi domini trans-membrana formano α-eliche che si compattano tra loro, stabilizzate all’interno del doppio strato e

compattate tra loro per legame idrofobico. Essi non si disperdono perché tenuti assieme tra loro da dei loop o da domini

espansi, posti al di fuori della membrana plasmatica.

Talvolta i domini possono essere conformati anche a foglietti β; in questo caso la struttura a barile è favorita perché,

essendo essa formata da foglietti con andamento antiparallelo, parte dei residui proiettati verso esterno contengono

gruppi idrofobici, mentre i foglietti con residui proiettati verso l’interno hanno caratteristiche differenti (ad esempio, i

residui ionici possono permettere il passaggio ioni, mentre residui idrofili si conformano spazialmente per creare canali

o trasportatori per particolari molecole).

Sono rare le proteine trans-membrana in cui i domini rimangono confinati in uno solo dei due strati del doppio strato

lipidico.

Esistono alcune proteine che si legano alla membrana pur non essendo trans-membrana:

1. si associano alle proteine di membrana con legami non covalenti, facilmente dissociabili

2. in seguito a modificazioni post sintesi, legano i residui proteici tramite legami covalenti direttamente con i lipidi

A questo secondo gruppo appartengono le ancore lipidiche, che si formano prevalentemente sul versante citosolico

della membrana.

a) Ancora all’acido miristico: legato con legame ammidico a NH terminale

b) Ancora all’acido palmitico: il legame avviene tra gruppo COOH dell’acido palmitico e gruppo SH della cisteina

proteica

c) Ancora al farnesile: il legame tra un lipide appartenente al gruppo dei farnesili (di questi ricordiamo il prenile, il

farnesile, il geranilgeranile) e gruppo SH della cisteina proteica posta in posizione COOH terminale: infatti la proteina,

una volta sintetizzata, viene tagliata e modificata in modo che la cisteina si trovi come ultimo amminoacido. Si forma

così un legame tioetereo; una classe di proteine G funziona solo questo tipo di ancora.