Membrana cellulare e meccanismi di trasporto

Alcune proteine possono muoversi lungo il bilayer: fu dimostrato da Frye e da Edidin mediante lo studio di una cellula

ibrida, derivante dalla fusione di una cellula umana con una cellula di topo (che differiscono per le proteine di

membrana).

3)Glicocalice

È costituito da glicoproteine > proteine+oligosaccaridi (mediante legame O-/N-glicosidico) e da glicolipidi. Ha funzione:

Protettiva: le glicoproteine, formando un gel, permettono di disperdere le sollecitazioni meccaniche, evitando

• ripercussioni di queste sulla cellula.

Filtro selettivo: le molecole che lo costituiscono creano un vero e proprio ingombro che evita il contatto con

• agenti indesiderati.

Riconoscimento cellula-cellula: i glicolipidi permettono l’adesione tra cellule adiacenti.

• MOSAICO FLUIDO

Tutto ciò ha portato a concepire le membrane biologiche secondo il modello del . Tale

modello si basa infatti su alcune caratteristiche dei componenti delle membrane, come:

1. Migrazione longitudinale dei fosfolipidi, che avviene con velocità comprese tra i 20 e i 100 micrometri/h (è tanto

se si considera che la circonferenza cellulare è di circa 60 micrometri).

2. Rotazione assiale dei fosfolipidi.

3. Flip-flop dei fosfolipidi.

4. Distribuzione asimmetrica di alcuni glicerofosfolipidi e delle glicoproteine.

Meccanismi di trasporto:

La membrana plasmatiche è permeabile a:

CO2, O2 e benzene: sono molecole piccole e apolari, capaci di diffondere liberamente (secondo gradiente di

• concentrazione). Il benzene è una sostanza cancerogena e tossica, in quanto la cellula non riesce ad impedirne la

diffusione.

sostanze apolari anche come lipidi e acidi grassi

• Alcoli, H2O, urea e glicerolo: sono sostanze polari, ma piccole. Riescono perciò a penetrare nella cellula per diffusione.

•

Il passaggio di questi composti avviene attraverso la componente lipidica ossia esclusivamente secondo gradiente.

I carboidrati invece, essendo molecole grandi e polari, non possono diffondere. Lo stesso accade con gli amminoacidi e

gli ioni inorganici: a causa della loro spiccata polarità non possono diffondere. Per poter penetrare all’interno della cellula

necessitano quindi di opportuni sistemi di trasporto che sono specifici per un del composto o gruppo di composti e

presentano una cinetica di saturazione.

Esistono due meccanismi di trasporto:

Passivo>diffusione facilitata, avviene secondo gradiente e, di conseguenza, non comporta dispendio energetico.

• Proteine canale o trasportatori.

Attivo, avviene contro gradiente e, pertanto, comporta dispendio energetico. Proteine pompe

• Trasporto passivo

• La diffusione è il principale tipo di trasporto passivo. Tale meccanismo prevede il passaggio di una sostanza da

una zona ad alta concentrazione ad una di bassa. La velocità di diffusione dipende da:

Dimensioni delle molecole. Più le molecole son piccole più la velocità è elevata.

• Temperatura. Al crescere della temperatura cresce la velocità.

• Solubilità della sostanza nei lipidi

• Gradiente chimico. Più la differenza di concentrazione è spiccata, maggiore sarà la velocità.

• Presenza di membrane. La presenza di membrane ostacola la diffusione.

• La diffusione può essere:

Semplice, se le molecole diffondono liberamente. - anche osmosi

• Mediata (facilitata), se le molecole necessitano di proteine trasportatrici oppure di canali ionici.> richiede

• specifiche interazioni con le proteine del trasporto e >>nel caso delle pr canale la specificità del passaggio del

soluto dipende sia dalle dimensioni del canale sia dalle interazioni che il soluto stabilisce con la sup idrofilica del

carrier proteins

canale, >>nel caso delle invece è necessario un cambiamento conformazionale. > i

trasportatori sono pr integrali transmembrana i cui amminoacidi in numerosi tratti a-elica si dispongono in

maniera tale da formare un poro idrofilo. Nel canale c’è un sito di legame che si lega specificamente alla sostanza

trasportata mediante legami secondari. in seguito al legame con la sost trasportata su di un lato della m la proteina

va incontro a una modifica di conformazione che espone il sito di legame sul lato opposto della membrana (prima

il trasportatore si trovava nella conformazione che espone il sito di legame per la sost sul lato della m in cui la

conc è maggiore e poi in seguito ai mivim casuali delle mol la sost collide col trasportatore e vi si lega). una volta

staccatosi il composto trasportato la pr torna allo stato inziale con un altro cambiamento conformazione.

pr canale

Le ugualmente sono pr transm ma no cambiamento conformazionale, e la maggior parte, per

funzionare, devono essere attivate da dei segnali per aprirsi e chiudersi. L’attivazione può avvenire in vari modi:

•1)Voltaggio (variazioni del potenziale)> canali voltaggio dipendenti> tipici dei tessuti eccitabili

•2) Ligandi> canali ligando-dipendenti > il segnale è rappresentato dalla combinazione con un composto chimico in

corrisp di uno sp sito regolatore della proteina >tipici delle sinapsi. Comprendono : canali recettoriali e canali regolati da

secondi messaggeri

•3) Meccanicamente> canali a controllo meccanico> lo stimolo è rappresentato dal stiramento meccanico della m,.

interviene il citoscheletro

I canali ionici rivestono un ruolo fondamentale nella trasmissione degli impulsi elettrici nervosi, nella regolazione

della contrazione muscolare e nella regolazione ormonale. Ciascuno dei diversi cationi ha specifici canali che

consentono di diffondere molto rapidamente secondo il loro gradiente di concentrazione. Queste proteine presentano un

restringimento che costituisce un filtro selettivo per un solo tipo di ione. Possono trovarsi in 3 stati diversi: a riposo/

chiuso, aperto, o inattivato.

1)Attraverso la m plasmatica esiste una ddp detta POTENZIALE DI M generato dal fatto che le conc di diversi ioni (in

particolare Na e K >30Kdentro 10Nafuori) sono diverse nei liquidi che bagnano i due lati della m. In alcuni tipi di tessuto

ci sono canali ionici voltaggio dip che si aprono nel giro di millisecondi in seguito a piccole variazioni delle conc ioniche

tra le due facce della m , cioè del potenziale di m., e questo genera il POTENZIALE DI AZIONE. I tessuti dove ci sono

questi fenomeni e canali sono detti eccitabili.

Poiché in tt le cell si osserva una prevalenza di cariche + all’esterno e di - all’interno (es la fosfatidil- serina è

maggiormente concentrata sul lato interno della membrana, l’ambiente intracellulare risulterà carico negativamente) si ha

potenziale di membrana negativo

un a riposo di circa -70mV nelle cellule nervose ad esempio.

E cellule eccitabili, alterando questo potenziale, saranno in grado di trasmettere un impulso.

Tenendo conto che ci sono anche dei cani di fuga (passivi) che consentono la diffusione di potassio e sodio:

A causa della parziale permeabilità della membrana agli ioni K', questi, spinti dal loro gradiente di concentrazione,

tendono ad uscire dalla cellula; ma, cosi facendo, portano fuori dalla cellula canche positive, mentre quelle negative non

possono uscire, perché situate su macromolecole. Il potenziale di membrana diventa quindi negativo: di conseguenza, gli

ioni K incontrano sempre maggior difficolta ad uscire dalla cellula, perché trattenuti sempre più fortemente dall'attrazione

esercitata dall'eccesso di cariche negative all'interno del citoplasma. Si arriverà a una situazione in cui la forza del

gradiente di concentrazione che spinge gli ioni K' fuori dalla cellula é esattamente controbilanciata dalla forza di

attrazione elettrostatica esercitata dagli anioni bloccati all'interno: a questo punto non si verifica più il passaggio di ioni Ki

attraverso la membrana (si è raggiunto l'equilibrio elettrochimico per gli ioni K). Gli loni Na d'altra parte, sotto la spinta

del loro gradiente di concentrazione, rinforzato dall'eccesso di cariche negative all'interno del citoplasma (quindi in

complesso sotto la spinta del loro potenziale elettrochimico), penetrano, sia pur in piccola quantità, all'interno della

cellula: così facendo, fanno leggermente diminuire il potenziale negativo all'interno del citoplasma; ciò permette la

fuoriuscita di una ulteriore piccola quantità di loni K!, Se non intervenisse la Na/K'ATPasi, alla lunga il processo

porterebbe ad un eccessivo accumulo di Na', e quindi ad un aumento della pressione osmotica all'interno della cellula con

il suo conseguente rigonfiamento. D'altra parte, Il continuo funzionamento della Na/K'ATPasi, che, come abbiamo visto,

espelle 3 ioni Nat e introduce 2 K', da un lato impedisce che si verifichi un accumulo di Na' all'interno del citoplasma, e

dall’altro contribuisce a mantenere lo squilibrio delle cariche attrav la m. con un eccesso di cariche - al suo interno . In

questa condiz la m si dice POLARIZZATA.

Nelle cell eccitabili c’è il fenomeno del POTENZIALE DI AZIONE>in seguito a una depolarizz localizzata, nel giro di

un millisecondo si verifica una brusca, rapidissima e ampia depolarizzazione seguita da rapida ripolarizz. >>>p289-90

Trasporto attivo

>Assicura 3 principali funzioni:

-l’assorbimento di sostanze nutritive anche quando la loro concentrazione all’esterno è più bassa di quella intracellulare

-consente la secrezione di prodotti o l’espulsione di sost di rifiuto anche nei casi in cui essi hanno conc maggiore

all’esterno risp all’interno di cell/organello

-in combinazione con la permeabilità selettiva delle m permette di mantenere le conc intracell di sp ioni inorganici in

condizioni di non-equilibrio rispetto all’esterno

>è unidirezionale o vettoriale

>richiede: specifiche pr dette POMPE+disponibilità di una fonte di ENERGIA rappresentata da: -en chimica> idrolisi

ATP (Primario/diretto) -il gradiente di conc di un altro ione che libera en attraversando secondo gradiente la m

(Secondario/indiretto) -luce(batteri fotosintetici)

>Nel diretto le pompe (dette tutte ATPasi poiché idrolizzano tutte ATP) sono divise in 4 gruppi:

tipo P-vengono transitoriamente fosforilate dall’ATP durante il loro funzionamento. > in generale son pr

• allosteriche che esistono quindi in due conformazioni diverse: E1 in cui i siti di legame per lo ione da trasportare

sono esposti sul lato della m in cui la conc è bassa + hanno alta affinità per lo ione per cui si lega facile/ E2 in cui

i siti di legame son sul lato della m in cui lo ione è a conc più elevata + hanno bassa affinità per lo ione per cui si

stacca con facilità >> la transizione tra E1 e 2 avviene dopo il legame degli ioni ai loro siti e al trasferimento del

fosfato dell’atp alla