Lezioni: Appunti di Biochimica I

Derivano da un acido grasso a 20 atomi di C con 4 doppi legami: acido arachidonico. Sono eicosanoidi le prostaglandine, i

trobbossani e i neuropireni. Le membrane biologiche

Lo spessore della membrana cellulare oscilla tra 4-5 nm.

Funzioni:

circondano la cellula e fungono da barriera selettiva: circondano la cellula per mantenere organelli, enzimi,

– metaboliti e certi ioni all'interno (membrana plasmatica)

segregano sistemi enzimatici (mitocondrio, RE, nucleo, lisosoma)

– contengono sistemi di trasporto

– contengono siti specifici di riconoscimento (recettori)

–

I lipidi anfipatici hanno in acqua particolari comportamenti: tendono a formare micelle, strutture rotondeggianti in cui

le teste sono rivolte verso l'interno. La formazione di micelle in cui vi sia uno spazio interno acquoso è molto sfavorito

dal punto di vista entropico nel caso in cui le code idrofobe siano a contatto con l'acqua. Le code idrofobe hanno uno

spessore pari a quello della testa nel caso dei fosfolipidi: nel complesso la molecola ha forma cilindrica, e non

cuneiforme. Grazie a questa proprietà le molecole possono disporsi in modo da fronteggiare le code idrofobe. La

membrana deve essere fluida: essa ha la consistenza di un sol, un fluido liquido. Se la membrana è fluida si può avere

la diffusione laterale delle molecole proteine. Le proteine possono interagire e questo è molto importante nei

meccanismi di recezione e segnalazione. La fluidità facilita poi la distribuzione di lipidi e membrana nel sito dove sono

inserite ad altre regioni della cellula. Consente inoltre alle membrane di fondersi tra loro. La fluidità può essere

dimostrata con esperimenti di fusione cellulare: si considera un ibridoma, una cellula di fusione ottenuta dall'unione di

due cellule le cui proteine superficiali sono state marcate con diversa fluorescenza. I fosfolipidi possono andare in

contro a vari tipi di movimento

diffusione laterale: molto veloce. I movimenti sono dell'ordine di un micron al secondo

– flessione delle code idrofobe

– rotazione

– flip flop: molto molto lenti ma molto importanti per l'asimmetria della membrana (sia per quanto riguarda la

– componente proteica che per la componente fosfolipidica). Esistono delle flippasi, floppasi e scrambiasi,

enzimi che catalizzano questo tipo i movimento. Le flippasi catalizzano il movimento di fosfatidilserina e

fosfatidiletanoammina da foglietto esterno al foglietto interno. La presenta della fosfatidilserina sulla porzione

esterna è segnale di apoptosi. Per questo devono essere continuamente trasferite dal foglietto esterno

all'interno. La floppasi catalizza il movimento opposto: dal foglietto interno al foglietto esterno (classe ABC).

Le scrambiasi catalizzano reazioni che spostano lipidi da un foglietto in cui sono più concentrati a dove sono

meno concentrati: il processo è termodinamicamente favorito quindi non si utilizza ATP. Sono Ca2+ dipendenti

All'interno della membrana tutti gli spazi sono occupati. Non c'è spazio per molecole idrofobe. Alla temperatura di

transizione la membrana raggiunge un più elevato grado di ordine. La presenza di colesterolo abbassa le temperature di

transizione, le temperature a cui la membrana cristallizza. Il modello a mosaico fluido è di Singer e Nicholson. Nella

membrana plasmatica la composizione proteine/lipidi è 50 e 50. Nella membrana mitocondriale interna abbiamo l'80%

di proteine. Nelle cellule della guaina mielinica dei neuroni i lipidi sono maggiormente presenti. Le membrane hanno

diversa composizione lipidica. Il colesterolo è maggiormente presente nella membrana plasmatica. Nella membrana

mitocondriale interna non vi è colesterolo, come nelle membrane batteriche. Tra i fosfogliceridi è presente soprattutto

la fosfatidilcolina. Meno rappresentate la fosfatidilserina e la cardiolipina, presente solo nei mitocondri. I vari

fosfolipidi inoltre hanno diversa concentrazione nei due foglietti. La fosfatidilserina, etanolammina e inositolo sono

maggiormente rappresentati nel foglietto interno. Le sfingomieline e la fosfatidilcolina sono maggiormente presenti nel

foglietto esterno. La porzione proteica: le proteine di membrana si dividono in tre grandi classi:

proteine integrali: completamente immerse nel doppio strato lipidico o fortemente ancorate

– proteine periferiche

– proteine anfitropiche: interagiscono sono temporaneamente con la membrana con ancore lipidiche

–

Funzioni delle proteine di membrana:

adesione tra cellule e tra cellula e matrice

– funzione recettoriale

– trasportatori

– Proteine integrali

Le proteine integrali sono difficili da studiare perchè in ambiente acquoso hanno un'altra conformazione rispetto a

quella che avrebbero in situ. Sono pochissime le proteine che sono state studiate: più frequentemente si studiano pezzi

delle proteine, i frammenti extracellulari e citosolici (che sono solubili in acqua e possono, per esempio, essere

cristallizzati). Studiando l'idropatia della catena si può ipotizzare se una proteine è citosolica o di membrana.

L'idropatia è l'energia (positiva o negativa a seconda dell'amminoacido considerato) per spostare un amminoacido da

un ambiente apolare a un ambiente polare acquoso. Si può calcolare l'idropatia di stringhe di amminoacidi (di massimo

7 amminoacidi). Un'energia positiva significa che il processo è sfavorevole: se si ottiene quindi un picco di idropatia

positiva in una molecola quel picco corrisponde alla sequenza idrofobica transmembrana.

Le proteine integrali di membrana possono essere classificate in base al numero di eliche trasmembrana e

all'orientamento

TIPO 1: una solo alfa elica e NH2 esterno. Es la glicoforina presenta 1 picco di positività nel profilo di

– idropatia

TIPO 2: una sola alfa elica e N-terminale citosolico.

– TIPO 3 : più segmenti ad alfa elica (di solito sono 7 e di solito N-terminale all'esterno) transmembrana

– appartenenti alla stessa catena polipeptidica. Es la batterioredopsina (una pompa protonica) presenta un profilo

di idropatia con 7 picchi di positività.

TIPO 4: associazione di più subunità transmembrana

– TIPO 5: proteine adese tramite un'ancora lipidica

– TIPO 6: un'alfa elica transmembrana + un'ancora lipidica

–

I fosfolipidi hanno un rapporto stretto con le proteine di membrana. Laddove la proteina di membrana entra in contatto

con le teste polari dei fosfolipidi sono presenti amminoacidi come la tirosina e il triptofano che presentano un gruppo

OH idrofilo. Un'altra regola ricorrente è che nella zona di confine della membrana dove ci sono i gruppi fosfato dei

fosfolipidi spesso si trovano aminoacidi con catena polare carica positivamente che interagiscono con le cariche

negative dei gruppi fosfato.

Alcune proteine transmembrana possono avere anche una struttura foglietto beta. Il foglietto beta però deve curvare e

formare un barile beta perchè non vi possono essere gruppi polari esposti. Alcuni esempi di proteine che presentano il

barile beta sono OmpLA fosfolipasi e la Maltoporina un trasportatore del maltosio.

Le ancore lipidiche

Modificazioni postraduzionali delle proteine fanno si che si attacchino ad esse delle molecole idrocarburiche, spesso

lipidi. L'attacco di alcuni lipidi avviene solo se è presente al C-terminale la sequenza consenso CAAX. Dopo l'attacco

dell'isoprene viene eliminata la parte terminale AX. Nel caso degli isopreni l'ancoraggio è molto robusto. La proteina

può essere legata al GPI: glicosilfosfatdilinositolo. Si tratta di un etanolammina fosforilata, legata a un gruppo fosfato a

cui sono legati dei residui glicosilici (mannosio), un inositolo, un gruppo fosfato e un glicerolo esterificato da due acidi

grassi (fosfolipide). L'ancoraggio di questo tipo è molto rigido. Una proteina legata al GPI può essere ancorata anche

tramite altre molecole in modo meno rigido: le proteine in questo caso possono attaccarsi e staccarsi. Questo modula

l'attività della proteina Lipid Rafts

Regioni della membrana frequentemente presenti (50% della superficie cellulare): caratterizzate da un leggero

ispessimento della membrana dovuta a un cambiamento della composizione della membrana stessa. Dominano gli

sfingolipidi e il colesterolo. Vi si trovano molte proteine, come la caveolina che si trova sul versante citosolico della

membrana essa è ancorata in più volte alla membrana. Le proteine presenti sono principalmente recettori. Sono

piattaforme che permettono l'assemblaggio di sistemi di segnalazione cellulare. Vi si possono trovare delle caveole,

introflessioni della membrana, dovute alla presenza della caveolina che tende a formare dei dimeri. Ogni monomero è

caratterizzato da 3 ancoraggi lipidici. La presenza di questo dimero induce localmente una curvatura della membrana

stessa. Più dimeri di caveolina fanno si che si possano formare caveole. Le funzioni non sono del tutto note ma si pensa

che siano implicate nel traffico transmembrana e nella segregazione delle proteine implicate nella trasduzione del

segnale. Rafforzano quindi la funzione del lipid raft stesso.

Lo scheletro di membrana

E' stato studiato sul globulo rosso. In esso l'unica membrana presente è quella citoplasmatica. Nelle altre cellule va

separata la membrana citoplasmatica dal sistema di endomembrane. La forma dell'eritrocito è data da una struttura

citoscheletrica che interagisce con la membrana stessa. E' presente un canale anionico molto abbondante che oltre a

svolgere la sua funzione rappresenta anche la componente strutturale a cui si legano particolari proteine di connessione

come l'anchirina, che ancora ad esso una proteina “fibrosa”, la spectrina che forma dei filamenti piuttosto lungi che

interagiscono con filamenti di actina. Si forma una sorta di rete sulla faccia citosolica che provoca una tensione

strutturale da determinare la forma a disco biconcavo dell'eritrocito. Vi sono anche altre proteine meno rappresentate.

La spectrina è un tetramero: 2 catene alfa e 2 catene beta. Ogni catena alfa beta è data dalla ripetizione di un modulo di

106 amminoacidi che si ripetono più volte. Ogni modulo è costituiti da 3 alfa eliche up and down. Questi motivi

strutturali sono collegati tra loro da delle regioni di legame (5 amminoacidi). Si formano dunque delle lunghe catene

che possono arrivare a pesi molecolari molto importanti. Ogni eritrocita presenta 100 mila tetrameri di spectrina. Se la

spectrina è deficitaria per ragioni di tipo genetico (variazione nella composizione degli amminoacidi) si ha una

patologia detta sferocitosi ereditaria. La forma sferica rende gli scambi dell'ossigeno molto più difficoltosi. La forma

biconcava inoltre permette all'eritrocito di essere molto flessibile e di passare attraverso i cap