Le membrane cellulari sono una componente preminente di tutte le cellule.Ogni cellula è  circondata da una membrana plasmatica che separa il citoplasma dall’ambiente extracellulare,funge da barriera di permeabilità che consente alle cellule di mantenere una composizione citoplasmatica assai diversa da quella dei liquii extracellulare. La membrana plasmatica contiene enzimi, recettori e antigeni che svolgono un ruolo fondamentale nell’integrazione con altre cellule.

MODELLO DI DANIELLI DAVISON

Secondo tale modello la membrana avrebbe avuto una struttura a 3 strati, con 2 strati esterni continui di natura proteica e 1 strato intermedio lipidico. Gli strati proteici sarebbero fomati da proteine filamentose perpenticolari alle molecole lipidiche ed aventi i gruppi non polari lipofili rivolti verso la fase lipidica e i gruppi polari idrofili rivolti verso la fase acquosa. Lo strato lipidico intermedio è composto da un doppio foglietto fosfolipidico in ciascun foglietto i fosfolipidi sono disposti in modo tale che le code idrofobe sono rivolte all’inerno del doppio strato lipidico e le teste idrofiliche all’esterno.

Il modello di membrana cosi’ ipotizzato è però inconciliabile con i principi della termodinamica in quanto i gruppi apolari degli amminoacidi delle proteine sarebbero esposte all’acqua mentre l’estremita polari dei lipidi non sarebbero a contatto con l’aqua

MODELLO A MOSAICO FLUIDO

Secondo tale modello, le proteine e le glicoproteine della superficie cellulare,sono proteine globulari localizzate in zone circoscritte della membrana,anzichè proteine filamentose distese in un monostrato continuo come nel modello di Danielli e Davson. Le proteine di membrana sono slassificabili in due gruppi:

1. Proteine intecrali: immerse nel doppio strato lipidico
2. Proteine periferiche:situate alla superficie della membrana.

Le proteine periferiche sono solubili nella soluzione acquosa, rappresentano il20% 30% . (QUEASTA PARTE DURANTE IL CORSO DEI MIEI STUDI LO AVEVO TROVATO SU WIKIPEDIA)

Le proteine periferiche possono essere isolate più facilmente dalla membrana, attraverso trattamenti blandi (es. variazioni del pH o della forza ionica del mezzo).

Ciò è legato al fatto che le proteine periferiche non si inseriscono nel doppio strato lipidico, ma si associano alla sua superficie, intra- o extra-cellulare, interagendo con la la testa polare dei lipidi o con le proteine integrali. Fanno parte delle proteine periferiche associate con la faccia citoplasmatica della membrana cellulare alcuni enzimi e le proteine del citoscheletro spectrina e actina. Le proteine che contengono domini PH (Pleckstrin Homology), come le fosfolipasi C (PLC), si legano ai derivati fosforilati dei fosfatidilinositoli. Le proteine provviste di domini C2 (protein kinase C domain 2) aderiscono tramite ponti di Ca+2 a fosfolipidi anionici (fosfatidilserina e fosfatidilinositolo). La presenza di domini SH (Src Homology) consente alle proteine citoplasmatiche di associarsi ai residui tirosinfosforilati di proteine di membrana, in particolare dei recettori di membrana con attività tirosinchinasica.

Una proprietà delle proteine periferiche consiste nella possibilità che la loro associazione con la membrana possa essere transitoria e soggetta a regolazione, ad esempio dalla attivazione delle proteine stesse o dei substrati ai quali esse aderiscono. Grazie a questa regolazione le proteine periferiche possono spostarsi fra citoplasma e membrana plasmatica a seconda delle necessità funzionali della cellula. Alcuni enzimi, come la proteinchinasi C (PKC), si legano alla membrana in risposta alla attivazione da parte del Ca2+ intracellulare.

Proteine integrali: sono il70%80% di tutte le proteine sono insolubili nelle soluzioni acquose.

Le proteine integrali necessitano, per essere isolate, di trattamenti drastici, che scompaginano la struttura stessa della membrana cellulare.

Le proteine integrali possono essere distinte in transmembranose, intramembranose e proteine con ancore lipidiche. Infatti, le proteine integrali possono attraversare il doppio stato lipidico completamente una o più volte (proteine transmembranose bi- o poli-topiche), oppure possono attraversarlo parzialmente, emergendo con entrambe le estremità dallo stesso versante, citoplasmatico o extracellulare, della membrana (proteine intramembranose monotopiche). Le proteine transmembranose possono essere indicate come tipo I o II, a seconda che la loro estremità C-terminale sia intra- o extra-cellulare.

I segmenti proteici che attraversano il doppio strato lipidico sono composti principalmente da aminoacidi non polari (idrofobici), soprattutto glicina, leucina, isoleucina, alanina e valina. Poiché i legami peptidici ( -CO-NH+) tra gli aminoacidi che costituiscono la catena proteica sono essi stessi polari, i segmenti intramembranosi assumono di regola una configurazione ad alfa elica, in modo tale che tutti i legami peptidici possono formare tra loro legami idrogeno (O- ••••• H+) riducendo la polarità del segmento intramembranoso.
Una classe importante di proteine integrali contiene catene lipidiche legate covalentemente alla catena peptidica (lipid-anchored proteins). I gruppi lipidici sono utilizzati come ancore che si inseriscono nella membrana cellulare. Questi gruppi comprendono: acidi grassi (palmitico e miristico), isoprenoidi (farnesilpirofosfato e geranilgeranilpirofosfato) o glicosilfosfatidilinositolo (GPI, molecola complessa formata da fosfatidilinositolo e oligosaccaridi). Le proteine palmitoilate e miristoilate e quelle GPI-legate si distribuiscono di preferenza nei rafts, in quanto le loro catene lipidiche sature hanno una conformazione particolarmente adatta ad essere accolta nei domini lipidici allo stato liquido-ordinato. Al contrario, le proteine isoprenilate, che hanno catene lipidiche ramificate e voluminose, non idonee per i domini allo stato liquido-ordinato, si distribuiscono di preferenza nelle regioni della membrana più fluide (stato liquido-cristallino). Le proteine GPI-legate sono localizzate esclusivamente nel foglietto esterno della membrana cellulare, mentre quelle legate ad acidi grassi o isoprenoidi sono presenti unicamente nel foglietto interno. Gli acidi grassi e gli isoprenoidi sono legati alla molecola peptidica tramite legame estere con il gruppo tiolico della cisteina. L’idrolisi del legame estere da parte di enzimi specifici permette di regolare l’associazione di queste proteine al versante citoplasmatico della membrana cellulare e quindi di controllarne la compartimentazione fra citoplasma e membrana.

FLUIDITA’ DELLA MEMBRANA (miei appunti)

Il grado di fluidità di una membrana, cioè la facilità con cui le molecole lipidiche migrano nel piano del doppio strato lipidico è importante per la sua funzionalità e va mantenuta entro certi limiti.

La fluidità del doppio strato lipidico a una data temperatura dipende dalla sua composizione fosfolipiica e specialmente dalla natura delle code idrocarburiche, quanto più piccole le code sono fitte e stipate con regolarità tanto più viscoso e meno fluido  risulta il doppio strato.

Due proprietà fondamentali condizionano la disposizione delle code idrocarburiche:

LUNGHEZZA

L’INSATURAZIONE

Le code idrocarburiche variano di lunghezza tra i 14 e 24 atomi di carbonio,lunghezze inferiori della catena riducono la capacità delle code di interagire tra di loro e quindi fanno aumentare la fluidità  del doppio strato.

Generalmente una delle due code idrocarburiche nelle molecole fosfolipidiche ha uno o più doppi legami tra atomi adiacenti perciò esse non contengono il numero massimo di atomi di H che l’ossatura carboniosa potrebbe legare per cui si dice che è insatura. L a seconda coda di acido grasso non ha doppi legami per cui si dice chè satura perchè ha un corredo completo di atomi di H. La presenza di code insature provoca un maggiore disordine nell’allineamento delle catene rendendo più fluido la membrana. Lcatene sature con il loro allineamento più compatto  favoriscono la formazione di un reticolo rigido

 VELOCITA’ DI DIFFUSIONE

La  velocità di diffusione attraverso una membrana è proporzionale all’area della membrana e alla differenza di concentrazione della sostanza diffusibili ai due lati della membrana.

l’equazione fi FICK sulla diffusione stabilisce che

J=DsA dcs/dx dove J è la velocità di diffusione

Ds coefficente di diffusione del soluto S

Aè l’area attraverso la quale s diffonde

dcs differenza di concentrazione attraverso la membrana

dx spessore della membrana

La permeabilità della membrana ad una data sostanza è la velocità alla quale quella sostanza attraversa passivamente la membana in determinate condizioni. Assumendo che la membrana sia una barriera omogenea e che esiste un gradiente continuo di concentrazione per un analettolita tra il lato ad alte concentrazioni 1 ed il lato a basse concentrazioni 2

allora dQs/dt=P(c1-c2) di cui dQs/dt è la capacità di sostanza S che attraversa un’area unitaria di membrana nell’unità di tempo

c1 e c2 sono le rispettive concentrazioni della sostanza ai due lati della membrana

P è la costante di permeabilità della membrana

la costanta di permeabilità racchiude in se tutti i fattori inerenti la membrana.Questi fattori determinano la probabilità con cui una molecola di una particolare sostanza attraversa la membrana. Questo relazione viene espressa

P=DmK/x  Dm coefficente di diffusione

K coefficente di ripartizione

X spessore della membrana

COEFFICENTE DI DIFFUSIONE

Il coefficente di diffusione D è proporzionale alla velocità con cui una molecola diffusibile può  muoversi nel mezzo in cui si trova. Se la molecola ha grosse dimensioni e la viscosità del mezzo è elevato, il valore sarà piccolo.