Membrane, struttura e trasporto

CRIOFRATTURA

Osservate per mezzo di una tecnica, chiamata criofrattura, che prevede un rapido congelamento a bassa temperatura seguito da un forte colpo di lama di diamante. Per mezzo della criofrattura dunque, si possono separare i due foglietti del doppio stratofosfolipidi dico e osservarli per mezzo di un microscopio elettronico.

Principali classi di proteine di membrana:

• Proteine integrali
• Proteine integrali monotopiche
• Proteine monopasso
• Proteine multipasso
• Proteine multimeriche
• Proteine periferiche
• Proteine di membrana ancorate ad un lipide

Attraversano tutta la membrana con uno o più tratti ad α-elica. Esse sono molecole anfipatiche con una o più regioni idrofobiche che presentano affinità per la regione interna del doppio strato lipidico. Tuttavia possiedono anche una o più regioni idrofiliche, che sporgono all'esterno della membrana nella fase acquosa su uno o su

entrambi i lati della membrana. L'asimmetria della membrana plasmatica, infatti, è determinata anche dalla componente proteica, le proteine possono infatti sporgere da un lato o dall'altro della membrana in modo diverso. Ad esempio nelle glucidiche, come la glicoforina, la componente glucidica delle proteine è presente solo nel foglietto esterno. Esse sono prive di sequenze idrofobiche distinte e quindi non penetrano all'interno del doppio strato lipidico.

PROTEINE PERIFERICHE

Queste proteine sono ancorate alla membrana mediante forze elettrostatiche deboli e legami idrogeno e si legano alle superfici della membrana con le porzioni idrofiliche delle proteine integrali e probabilmente con le teste polari dei lipidi di membrana. Esse sono situate su una delle superfici del doppio strato e unite con legame covalente a molecole lipidiche incluse all'interno del doppio strato.

PROTEINE ANCORATE AD UN LIPIDE

Funzioni delle proteine di membrana:

• soluti: attraverso

dei canali o attraverso carrier;

Trasporto di• enzimatica: una proteina di membrana può eseguire una catalisi enzimatica a ridosso della membrana;

Attività• segnale: una proteina di membrana può essere un recettore, che presenta un sito di legame specifico perTrasduzione delun messaggero chimico che si trova all’esterno della cellula, per poi trasdurlo all’interno della cellula;

• (glicoproteine): molto importanti e numerose sono sulla membrana dei virus;

Riconoscimento fra cellule• cellulare: proteine di membrana di cellule adiacenti possono unirsi insieme per formare diversi tipi di giunzioni;

Adesione• extracellulare: I microfilamenti o altri elementi del cito scheletro possono legarsi inAdesione al citoscheletro e alla matricemodo non covalente alle proteine di membrana, fissando la posizione di queste e contribuendo al mantenimento della formadell’intera cellula. Sono che hanno una porzione glucidica che sporge fuori

determinata proprio dagli zuccheri), (ad esempio gli antigeni A e B nei gruppi sanguigni) e sonoruolo antigienico sitidi membrana. Il glicocalice è infatti molto diffuso nel tratto gastro-intestinale, dove ricopre ladi riconoscimento di recettorisuperficie dei microvilli per aumentare la superficie di assorbimento. Sono inoltre batteri.siti di riconoscimento e legame per virus eStreptococcus pneumonieAlcuni, come lo , utilizzano il proprio glicocalice per mascherare proteine antigieniche che stimolerebberouna risposta immunitaria.

TRASPORTO ATTRAVERSO MEMBRANA: SUPERAMENTO DELLA BARRIERA DI PERMEABILITÀ La membrana non è impermeabile, è permeabile, ma in modo selettivo. A seconda della natura della molecola, esse superano la barrieradi permeabilità in diversi modi. È importante sottolineare che le modalità di trasporto attraverso la membra non sono proprie solodella membrana plasmatica ma anche di tutte le altre membrane presenti nella

cellula.Il movimento di un soluto attraverso una membrana è determinato da:

• concentrazione, per una molecola priva di carica netta. La diversa concentrazione di una specie chimica daGradiente diuna parte e dall'altra della membrana porta quest'ultima ad attraversare la membrana per raggiungere l'equilibrio;
• per uno ione. Il potenziale elettrochimico deriva dall'effetto combinato di gradiente diPotenziale elettrochimicoconcentrazione e gradiente di carica, ovvero la repulsione di cariche uguali, ai due lati della membrana.

Grazie a queste due forze di gradiente, lo spostamento di una molecola da una parte all'altra della molecola avviene in modoesoergonico, quindi spontaneo. È una trasformazione termodinamica perché i due comparti della cellula tendono a raggiungerel'equilibrio. Le modalità di trasporto mediante gradiente di concentrazione sono:

• semplice: è sufficiente il gradiente di concentrazione,
non è necessario l’aiuto di mediatori;
Diffusione• facilitata: oltre al gradiente è necessario un aiuto da parte di trasportatori (proteine carrier o canale) che
Diffusione ‘nonpermettano alle molecole di toccare’ la compagine grassa della molecole;
Vi è poi il attivo, che è un movimento che porta ad un accumulo di una determinatatrasporto CONTRO gradiente di concentrazionesostanza da una delle due parti della membrana, viene dunque esasperato il disequilibrio. Questo processo richiede dunque lavoro edè endoergonico, il G è maggior di 0. È accoppiato ad un processo esoergonico come l’idrolisi di ATP. Il trasporto attivo generaΔinoltre un membrana, ovvero una differenza di voltaggio che esiste da un lato e dall’altro, provocato dall’accumulopotenziale didi ioni in un comparto rispetto all’altro. La maggior parte delle cellule ha un potenziale di membrana negativo, che perconvenzione significa che ha un eccesso di soluti carichi negativamente all'interno. CARATTERISTICHE Diffusione semplice Diffusione facilitata Trasporto attivo Piccoli polari (acqua, glicerolo) Piccolo polari (H2O, glicerolo) Soluti trasportati 2 Piccoli apolari (O2, CO2) Grandi apolari (lipidi, steroidi) Grandi polari (glucosio) Ioni (Na+, K+, Ca2+) Ioni (Na+, K+, Ca2+) Caratteristiche termodinamiche - Direzionalità: Secondo il gradienteelettrochimico - Energia metabolica: No richiesta - Direzionalità intrinseca: No - Caratteristiche cinetiche - Mediante proteine di membrana: No - Cinetica di saturazione: No - Inibizione competitiva: No N.B. l'acqua può attraversare la membrana per diffusione semplice, ma per lo più la attraversa per diffusione facilitata, per mezzo di acquaporine. SODIO-POTASSIO: proteina transmembrana che, ad ogni ciclo di azione, portaall'accumulo di sodio fuori la cellula (³⁺ioniPOMPA+ +Na⁺) e di potassio all'interno della cellula (²⁺ioni K⁺). Ad ogni ciclo di azione viene idrolizzata una molecola di ATP. Si crea dunque una condizione di disequilibrio, sfruttata per altri processi. A livello dei tessuti l'eritrocita carica CO₂ che poi rilascia nei polmoni, dove si carica di O₂, che viene a sua volta rilasciata a livello dei tessuti per essere utilizzata dalle cellule per la respirazione cellulare. Nel sangue vi è dunque un'alta concentrazione di anidride carbonica, più alta che nell'eritrocita, questo fa sì che la CO₂ passi dal sangue al globulo rosso attraverso la diffusione semplice. Quando è all'interno, in presenza di acqua e di un enzima, chiamato anidrasi carbonica, può essere trasformato in ione bicarbonato (HCO₃^-) e H⁺, l'ione carbonato, poi, viene trasportato all'esterno della cellula in un cosiddetto antiporto con l'ione Cl^-. Il processo continua.rifornimento di CO2 a monte e un continuo depauperamento di HCO3- a valle, comporta un continuo procedere della reazione verso destra. Poiché HCO3- esce continuamente dalla cellula, il pH dell'eritrocita diminuisce e ciò comporta una minore affinità dell'emoglobina con l'ossigeno, che dunque viene rilasciato al di fuori della cellula, a livello dei tessuti. Quando, invece, l'eritrocita si trova nei polmoni, a livello dell'alveolo polmonare, vi è una minima concentrazione di HCO3- e una notevole concentrazione di ossigeno, che dunque tende ad entrare nell'eritrocita per semplice diffusione. La CO2, invece, esce dall'eritrocita, dopo esser stata sintetizzata dall'anidrasi carbonica, a partire da HCO3- e H+. In questo processo, il pH aumenta e aumenta anche l'affinità dell'emoglobina con l'ossigeno. Tutto ciò avviene, in un circolo che parte dal polmone e torna al polmone.

Circa 6 secondi ed è governato da un sistema perfetto di combinazioni di concentrazione, senza l'intervento di ATP.

N.B.: l'emoglobina ossigeno, non con l'anidride carbonica. Si lega solo con l1.

SEMPLICE: movimento netto spontaneo di un soluto attraverso una membrana permeabile da una regione in cui la sua concentrazione è più alta ad una in cui la sua concentrazione è più bassa, fino a raggiungere l'equilibrio. Tutto ciò avviene in modo spontaneo. La diffusione semplice avviene anche in una condizione mista, in cui i due soluti sono inizialmente separati e poi, dopo la diffusione di entrambi, si arriva ad un equilibrio in cui entrambi i soluti sono equamente distribuiti in entrambi i comparti. La diffusione semplice è un processo esoergonico perché si parte da una situazione iniziale di instabilità, dove l'...