1.1 Trasporti Di Membrana

8/18/2019 1.1 Trasporti Di Membrana

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MEMBRANA PLASMATICA

•Racchiude la cellula

•Definisce i confini•Mantiene le differenze fra citosol e l’ambiente extracellulare

•Trasduttore dei segnali intercellulari

Membrane delimitano gli organelli intracellulari

COMPOSIZIONE: LIPIDI E PROTEINE

LIPIDI

•Ruolo strutturale

•Compartimenti funzionali

•Barriera impermeabile

•Trasduzione dei segnali

PROTEINE

•Ruolo strutturale

•Ruolo catalitico

•Trasduzione dei segnali

•Trasporto di molecole e

ioni


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MEMBRANA PLASMATICA

Modello a mosaico fluido: 1972 Singer e Nicolson


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DOPPIO STRATO LIPIDICO

I lipidi di membrana sono:•insolubili in acqua

•molecole anfipatiche:

estremità polare idrofilica

estremità apolare idrofobica

Spontaneamente in soluzione acquosa si

aggregano per formare:

•doppi strati•micelle

•liposomi


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DOPPIO STRATO LIPIDICO


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PROPRIETA’ DEL DOPPIO STRATO LIPIDICO

AUTOSIGILLAMENTO:

•riparo del danno

•membrane nere (modelli sperimentali)

FLUIDITA’:

•composizione lipidica•temperatura

moto di agitazione termica

rotazione

flessione

flip-flopdiffusione laterale


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Coefficiente di diffusione D=10

-8

cm/s

2 m / s)


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Composizione del doppio strato lipidico

•Fosfolipidi

•Glicolipidi

•Sfingolipidi

•Colesterolo

•Altri lipidi


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Glycerol

Sphingosine sugar units


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FOSFOLIPIDI


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COLESTEROLO


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GLICOLIPIDI


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ASIMMETRIA DEL DOPPIO STRATO LIPIDICO

SFINGOMIELINA FOSFATIDILCOLINA

FOSFATIDILSERINAFOSFATIDILETANOLAMMINA


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Zattera lipidica (lipid raft)

A spazio intracellulare B spazio extracellulare o lume delle vescicole/apparato di Golgi

1. membrana cellulare

2. zattera lipidica

3. proteina integrale di membrana associata alla zattera lipidica

4. proteina integrale di membrana

5. glicosilazioni (su glicoproteine e glicolipidi)

6. proteina legata alla membrana da ancora a glicosilfosfatidilinositolo (GPI)

7. colesterolo8. glicolipidi

Microdominio di membrana altamente dinamico che costituisce una

“piattaforma” con funzioni specializzate. A seconda delle necessità

funzionali della cellula, proteine specifiche possono essererapidamente reclutate, aggregate o allontanate


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Lipide Fegato

(m.p)

Eritrociti

(m.p)

mielina mitocondri Reticolo

sarcoplasmatico

E.Coli

Colesterolo 17 23 22 3 6 0

Fosfatidil-

etanolammina

7 18 15 35 17 70

Fosfatidil-

serina

4 7 9 2 5 tracce

Fosfatidil-

colina

24 17 10 39 40 0

Sfingomielina 19 19 19 19 19 0

Glicolipidi 7 3 28 tracce tracce 0

Altri 22 13 8 21 27 30

Percentuale dei lipidi totali in peso

Composizione approssimativa

in lipidi di diverse membrane


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DIFFUSIONE SEMPLICE

Trasporto di una sostanza in base ai

movimenti termici casuali delle sue

molecole o ioni (moto browniano). Avviene

in tutte le direzioni


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J1 2

J2 1

J=J1 2 - J2 1=0

1 2

Flusso unidirezionale

Flusso netto

Membrana semipermeabile

J1 2

J2 1

J=J1 2 - J2 1

Gradienti di concentrazione

e diffusione netta

J è la quantità di sostanza che

diffonde nell’unità di tempo [mol s-1]


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1a Legge della diffusione di Fick

xc D A J diff

A = area attraverso cui la sostanza diffonde

D =coefficiente di diffusioneC=concentrazione ; x= distanza di diffusione

r

T R D

6

[m2 s-1]

R=costante dei gas

T=temperatura assoluta

r=raggio della particella

viscosità del solvente

[mol s-1]


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TRASPORTO DI MOLECOLE IN DOPPI STRATI

LIPIDICI: DIFFUSIONE SEMPLICE

•Processo passivo•La diffusione avviene lungo il gradiente di

concentrazione della molecola

•Continua finché il gradiente non si annulla

•Processo rapido per brevi distanze, molto lentoper lunghe distanze (il tempo di diffusione è

inversamente proporzionale al quadrato della

distanza da percorrere)

•La diffusione dipende direttamente dalla

temperatura, inversamente dal raggio dellasostanza che diffonde e dalla viscosità del

mezzo

•Nei doppi strati dipende dalla solubilità della

molecola in olio


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x

Dk P

x

C D Ak J

DIFFUSIONE ATTRAVERSO LA MEMBRANA

LIPIDICA

k = coefficiente di ripartizione olio-acqua

[m s-1]

COEFFICIENTE DI PERMEABILITA’


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P [cm/s]


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PROTEINE DI MEMBRANA

•Svolgono funzioni specifiche e specializzano la

membrana cellulare

•Spesso associate a oligosaccaridi (glicocalice)

•Si associano con la membrana in modi diversi:

proteine integrali o intrinseche

proteine periferiche o estrinseche

proteine ancorate a code lipidiche

(sfingolipidi, lipid raft) con legami

covalenti


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TRASPORTO ATTRAVERSO PROTEINE DI

MEMBRANA

•CARRIER O TRASPORTATORI

•CANALI IONICI

SPECIFICITA’

COMPETIZIONE

SATURAZIONE

TRASPORTO PASSIVO

(DIFFUSIONE

FACILITATA)

TRASPORTO ATTIVO


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MEMBRANA

TRASPORTO PASSIVO

TRASPORTO ATTIVO

•Gradiente chimico

•Gradiente elettrochimico

•Trasporta attivamente soluti contro gradiente

PRIMARIO

Attività di trasporto

direttamente accoppiata

ad una fonte di energia

metabolica quale l’idrolisi

di ATP

SECONDARIO

Attività di trasporto

indirettamente accoppiata

ad una fonte di energia

metabolica


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MEMBRANA

•CARRIER O TRASPORTATORI

•CANALI IONICI

SPECIFICITA’

COMPETIZIONE

SATURAZIONE

TRASPORTO PASSIVO

(DIFFUSIONE

FACILITATA)

TRASPORTO ATTIVO


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COMPETIZIONE

t

glucosio

L’affinità (ca 1/KM) del trasportatore per il glucosio è > di

quella per il fruttosio


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SATURAZIONE

TRASPORTI ATTIVI PRIMARI


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TRASPORTI ATTIVI PRIMARI

ATPasi di trasporto

Le ATPasi di trasporto, dette anche pompe ioniche,

sfruttano l'idrolisi di ATP per trasportare ioni o

protoni contro il gradiente di concentrazione. Si

suddividono in tre classi, a seconda del meccanismoutilizzato e del substrato trasportato:

•ATPasi di tipo P;

•ATPasi di tipo F e ATPasi di tipo V.


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ATPasi di tipo P

Le ATPasi di tipo P sono deputate al trasporto

di ioni.

Sono composte da un unica catena

polipeptidica che esplica sia la funzione

idrolitica che quella trasportatrice.

Vengono dette di tipo P in quanto utilizzano il

carbossile di un residuo aspartico per legare

il gruppo fosforico

ATPasi di tipo P sono presenti sia sulla

membrana plasmatica che sulla membrana

del reticolo endoplasmatico (Na

+

/K

+

, H

+

/K

+

,

Ca

++

).


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ATPasi di tipo F e di tipo V

Le ATPasi di tipo V e di tipo F sono deputate al

trasporto di protoni. Tali ATPasi sono strutturalmente

più complesse, essendo formate da più subunità

proteiche

A differenza delle ATPasi di tipo P, quelle di tipo V e

di tipo F non trasferiscono su un proprio aminoacido

un gruppo fosfato

Le ATPasi di tipo F si trovano nei mitocondri, dove

utilizzano un flusso protonico secondo gradiente per

produrre ATP (ATP-sintetasi)

Le ATPasi di tipo V sono presenti sulla membrana

plasmatica di alcuni tipi cellulari e su endosomi e

lisosomi, dove il trasporto di protoni favorisce

l instaurazione di un ambiente acido.


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ATPasi di trasporto


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ATPasi sodio/potassio (Na

+

/K

+

-ATPasi)


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ATPasi sodio/potassio (Na

+

/K

+

-ATPasi)


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Ca

2+

-ATPasi (SERCA)

Sarcoplasmic/Endoplasmic Reticulum Calcium ATPase

Plasma Membrane Calcium ATPasi (PMCA)

opera sulla membrana plasmatica

C t i i d i i i li i i l


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L LI

K+ 4,5 160

Na+ 144 7

Ca2+ 1,3 10-7-10-8 M

H+ 4 10-5 (pH 7,4) 10-4 (pH 7,0)

Cl- 114 7

HCO3- 28 10

Concentrazioni dei principali ioni nel

muscolo scheletrico (mM)


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TRASPORTI ATTIVI SECONDARI

Proteine di membrana che trasportano

contro gradiente una molecola (ad es.

glucosio) o uno ione (ad es. Ca2+)

utilizzando l’energia potenziale favorevole

contenuta nel gradiente elettrochimico

per un determinato ione (ad es. Na+).

Utilizzano quindi indirettamente l’energiaderivante dalla scissione di ATP.



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ESTERNO INTERNO

Na+

Amino acidi

Na+

Glucosio

Na+

Neurotrasmettitori

Na+

Cl-

1 o2 Na+

2 o 3 Cl-

K+

ESTERNO INTERNO

3 Na+

Na+

Ca2+

H+

ESTERNO INTERNO

HCO3

NaCO3

Cl-

Cl-

Cotrasporto Na+-dipendenteScambiatori di Na+

Scambiatori anionici


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Cotrasportatore


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Cotrasportatore sodio-dipendente SGLT

CITOSI


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CITOSI

• trasporto che prevede la formazione di

vescicole

ENDOCITOSI:

FAGOCITOSI

PINOCITOSI

ENDOCITOSI RECETTORE-MEDIATA

POTOCITOSI

ESOCITOSI

FAGOCITOSIForma speciale di endocitosi in cui


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FAGOCITOSI

neutrofilo

macrofago

grosse particelle come microrganismi

sono ingeriti mediante la formazione di

vescicole endocitiche dette fagosomi


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ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORE


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POTOCITOSI


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POTOCITOSI

UTILIZZA SPECIALI REGIONI DI MEMBRANA, DETTE CAVEOLE

(CAVITA’), RICCHE IN:• SFINGOLIPIDI E COLESTEROLO (COME LE ZATTERE LIPIDICHE),

•PROTEINE RECETTORIALI LEGATE AL CITOSCHELETRO

•CAVEOLINE, PROTEINE DIMERICHE DI MEMBRANA CHE LEGANO IL

COLESTEROLO

Ad es. Trasporto albumina dal plasma al liquido interstiziale

ESOCITOSI REGOLATA E COSTITUTIVA


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ESOCITOSI REGOLATA E COSTITUTIVA

ESOCITOSI


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ESOCITOSI

ESOCITOSI


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ESOCITOSI


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