biomolecole + membrana plasmatica + impulso nervoso

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presentazione scienze: cellule ITA

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La membrana plasmatica

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membrana plasmatica ambiente interno ambiente esterno ambiente esterno ambiente interno membrane intracellulari CELLULA PROCARIOTE: membrana plasmatica CELLULA EUCARIOTE: membrana plasmatica e membrane intracellulari Si definisce membrana plasmatica il rivestimento esterno di una cellula

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Compartimenti della cellula eucariote circondati da membrana .. Nucleo Lisosoma Perossisoma Apparato Del Golgi Membrana plasmatica Mitocondrio Reticolo Endoplasmatico Vescicola

globuli rossi:

globuli rossi I globuli rossi rappresentano un sistema ideale per lo studio della membrana plasmatica

Membrana di un globulo rosso:

Membrana di un globulo rosso

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COMPOSIZIONE CHIMICA Membrane plasmatiche e intracellulari sono molto simili, sia per struttura che per composizione: LIPIDI PROTEINE GLUCIDI

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Che cos’è un lipide?

Informazioni generali sui lipidi:

Fosfolipidi e colesterolo costituiscono la membrana plasmatica.. Informazioni generali sui lipidi ♦ I lipidi sono grosse molecole organiche, con formule estremamente varie. ♦ Presentano, tuttavia, caratteristiche comuni :sono insolubili in acqua ♦ Sono costituiti essenzialmente da idrogeno, ossigeno e carbonio e raramente da azoto e nei fosfolipidi è presente il fosforo. ♦ I lipidi si suddividono in: trigliceridi, acidi grassi , fosfolipidi, steroidi (colesterolo).

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Modello tridimensionale e formula di un fosfolipide Testa polare Coda non polare

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Modello tridimensionale e formula del colesterolo Testa polare Coda non polare

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fosfolipidi e colesterolo sono molecole anfipatiche costituite da una testa polare idrofila e da una catena idrofobica non polare

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fosfolipidi proteine I lipidi sono molecole anfipatiche ambiente acquoso ambiente acquoso

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+ H 2 O Ricostruzione di un bilayer lipidico Bilayer =doppio strato

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Come si organizzano i lipidi in membrana? N.B . tutte le cellule sono circondate da una soluzione acquosa e il citoplasma interno è costituito fondamentalmente da acqua Per cui ……..

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I fosfolipidi in acqua possono formare spontaneamente tre strutture Micella Liposoma Doppio strato In questo modo si organizzano i fosfolipidi della membrana cellulare

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Nelle cellule animali, il colesterolo è usato per modulare la fluidità della membrana , riempie i buchi tra i nodi delle code idrofobiche stretto impacchettamento  minor fluidità/permeabilità fosfolipide colesterolo Ruolo del colesterolo

Tutte le membrane biologiche sono bilayers lipidici:

Tutte le membrane biologiche sono bilayers lipidici “ coda” non polare (idrofoba) “ testa” polare (idrofila) … acqua… …acqua… “sigillo” impermeabile C 0 L E S T E R O L O C 0 L E S T E R O L O

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Che cos’è una proteina ?

Informazioni generali sulle proteine:

Informazioni generali sulle proteine ♦ Le proteine sono grosse molecole organiche costituite da catene di amminoacidi ♦ Ogni Aa è costituito essenzialmente da idrogeno, ossigeno , carbonio e azoto ♦ Le proteine sono essenziali per la struttura e le funzioni degli esseri viventi ♦ Le informazioni per la costruzione delle proteine sono contenute nei geni, cioè nelle sequenze di DNA proteina aminoacido

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♦ Un aminoacido è costituito da un gruppo amminico (NH 2 ), un gruppo carbossilico (COOH) ed un gruppo R specifico per ogni aminoacido. ♦ In natura, esistono 20 amminoacidi diversi. Gli amminoacidi e la formazione del legame peptidico ♦ Gli amminoacidi si legano tra loro con un legame peptidico . ♦ Si forma tra il gruppo carbossilico di un amminoacido ed il gruppo amminico dell’amminoacido successivo con perdita di una molecola di acqua (H 2 O).

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ARCHITETTURA DELLE PROTEINE In base alla forma che assume la catena di Aa si possono classificare le proteine in due grandi classi: Proteine fibrose strutture lineari semplici e regolari insolubili in acqua Proteine globulari molto solubili in acqua forma approssimativamente sferica

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Collagene: proteina fibrosa Mioglobina: proteina globulare

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Proteine di membrana Le proteine di membrane hanno molte funzioni: Trasportatori Collegamento Recettori Enzimi Membrane differenti presentano proteine differenti  funzioni differenti SPAZIO EXTRACELLULARE CITOSOL

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PROTEINE DI MEMBRANA . ♦ TRASPORTATORI (o carriers): proteine che, consentono il passaggio selettivo di determinate molecole o ioni. ♦ RECETTORI : riconoscono determinate molecole (ormoni, neurotrasmettitori, nutrienti ecc.) e ne consentono il passaggio. ♦ ENZIMI : permettono reazioni sulla superficie della membrana. ♦ ANCORAGGI DEL CITOSCHELETRO: si affacciano sul lato del citoplasma e servono per ancorare i filamenti del citoscheletro. ♦ MARCATORI : sono glicoproteine caratteristiche di ciascun individuo, che permettono l’identificazione delle cellule provenienti da altri organismi (es. marcatori ABO). Spesso le proteine di membrana sono legate a zuccheri (glicoprotine) la porzione di carboidrati fuoriesce dalla membrana costituendo dei recettori (antenne per la cellula ).

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Proteine di trasporto 2 principali classi di proteine di trasporto: Proteine Carrier Legano il soluto da un lato della membrana e lo trasportano dall’altro lato con un cambiamento di conformazione della proteina Proteine Canale Formano pori idrofilici nella membrana attraverso cui certi ioni possono diffondere . soluto ione bilayer lipidico sito di legame del soluto poro idrofilo

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♦ Tutte le membrane biologiche sono bilayers di fosfolipidi ♦ Le proteine in ciascun tipo di membrana le conferiscono proprietà uniche Così quindi si presenta la membrana plasmatica

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In passato si pensava che fosse solo un mezzo di separazione tra interno ed esterno. In realtà svolge diverse funzioni: ♦ protegge la cellula e gli organelli ♦ regola selettivamente i trasporti in entrata ed in uscita ♦ permette di riconoscere determinate sostanze chimiche tramite i recettori di membrana ♦ fornisce un punto di ancoraggio per i filamenti del citoscheletro permettendo alla cellula di mantenere una data forma ♦ permette il passaggio di determinate molecole attraverso canali o giunzioni ♦ permette la mobilità di alcune cellule e organelli FUNZIONI MEMBRANA PLASMATICA

Struttura della membrana (modello a mosaico fluido):

Struttura della membrana (modello a mosaico fluido) Citoplasma Fluido extracellulare Doppio strato fosfolipidico proteine canale

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Membrana plasmatica = membrana selettiva TRASPORTI ATTRAVERSO MEMBRANA

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I meccanismi di trasporto attraverso le membrane biologiche sono importanti perchè permettono il mantenimento della diversità tra l'ambiente interno della cellula, e l'ambiente esterno e, dunque, l'identificazione delle caratteristiche proprie di ciascuna entità vivente.

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Diversi tipi di trasporto: passivo e attivo PASSIVO: Secondo gradiente ♦ Osmosi ♦ Diffusione semplice ATTIVO CONTRO gradiente

Diffusione:

Diffusione Le molecole di un soluto tendono a spostarsi da una zona a maggiore concentrazione ad una a minore concentrazione:

Caso speciale di diffusione: l’OSMOSI:

Caso speciale di diffusione: l’OSMOSI . L’acqua tende a spostarsi attraverso la membrana verso aree che presentano una concentrazione maggiore di soluto .

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Plasmolisi Comportamento delle cellule in soluzioni a diversa concentrazione

Diffusione semplice:

Diffusione semplice Citoplasma Fluido extracellulare la diffusione attraverso la membrana può avvenire attraverso il doppio strato fosfolipidico ... ... oppure attraverso i canali proteici Senza consumo di energia per la cellula

Quali sostanze “passano” per diffusione semplice? :

Quali sostanze “passano” per diffusione semplice? Citoplasma Alcol Glucosio Acqua sostanze polari come l’acqua e piccoli ioni utilizzano invece specifici canali proteici alcune sostanze dotate di liposolubilità come l’alcol possono attraversare senza problema la barriera molte sostanze, tuttavia, non possono attraversare la membrana senza un “aiuto” speciale...

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TRASPORTO ATTIVO ATP La cellula consuma energia per attivare questo tipo di trasporto

Trasporto Attivo:

Trasporto Attivo ♦ Avviene grazie alle proteine di trasporto ♦ Il soluto si combina con la proteina e ne provoca il cambiamento conformazionale; ♦ Ciò dà luogo al trasporto del soluto da una parte all’altra della membrana, e quindi al suo rilascio. ♦ Questo processo avviene contro un gradiente di concentrazione, da bassa verso alta concentrazione .

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Trasporto attivo e cambiamento conformazionale

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Trasporto attivo avviene per mezzo di proteine che “pompano “ le sostanze in una certa direzione Un soluto è trasportato in una direzione Contemporaneo passaggio di due diverse sostanze . L’ATP si lega direttamente alla proteina per fornire energia e consentirle di svolgere il lavoro

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POMPA SODIO-POTASSIO Pompa Na+/K+ ♦ In tutte le cellule dell’organismo ci sono grandi differenze nella concentrazione di di ciascun ione tra interno ed esterno della cellula ♦ La differenza di concentrazione degli ioni tra interno ed esterno della cellula è mantenuto dal lavoro incessante della pompa sodio-potassio ♦ Ad ogni ciclo la pompa sodio-potassio-espelle tre ioni Na+ e trasporta all’interno due ioni K+ consumando energia mediante la distruzione di ATP

Pompa sodio/potassio:

Pompa sodio/potassio . Questa rotazione dei minerali genera energia elettrica

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Nelle cellule nervose inoltre…………. . Questa rotazione dei minerali genera un campo elettrico o energia elettrica. ♦ L'energia prodotta dalla pompa sodio potassio consente di mantenere intatta la permeabilità della membrana ♦ La cellula vive grazie all’attività di questa proteina di membrana ♦ Essa permette il mantenimento di un ambiente chimico stabile e favorevole alle complesse reazioni biochimiche che avvengono nella cellula.

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Anche l’endocitosi e l’esocitosi rappresentano un tipo di trasporto Si formano vescicole dalla membrana che muovono sostanze dentro e fuori dalla cellula

endocitosi:

endocitosi

esocitosi:

esocitosi

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FINE

Impulso nervoso:

Impulso nervoso ♦ L’energia potenziale del neurone serve per mandare impulsi da una parte all’altra del corpo. ♦ L’energia potenziale del neurone è dovuta alla differenza di carica che esiste tra : § Il citoplasma che si trova sotto la membrana che ha carica negativa § Il liquido extracellulare presente fuori dalla membrana che ha carica positiva. ♦ Il potenziale che si sviluppa tra queste due parti della membrana in un in neurone a riposo è detto potenziale di riposo. ♦ Le cellule hanno un potenziale di riposo negativo poiché l’interno della cellula, rispetto all’esterno è negativo. ♦ Un neurone ha un potenziale di riposo di circa -70millivolt

Che cosa da origine al potenziale di riposo?:

Che cosa da origine al potenziale di riposo? ♦ La membrana trattiene all’interno della cellula proteine,molecole cariche negativamente . ♦ Per mantenere il potenziale di riposo occorre una proteina che funge da pompa sodio potassio (Na+ - K+). ♦ L’azione combinata delle molecole cariche negativamente all’interno della cellula e della diffusione degli ioni K+ da origine a gran parte del potenziale di riposo Membrana plasmatica Microelettrodo posto fuori dalla cellula – 70 mV Assone Neurone Voltmetro Microelettrodo posto dentro la cellula Esterno della cellula Na + Na + Na + K + Na + Na + Na + K + Na + Na + Na + Na + Na + Na + K + Proteina Na + Membrana plasmatica Canale del potassio K + K + K + K + K + K + K + K + Pompa Na + - K + Na + Na + K + Canale del sodio Interno della cellula

Uno stimolo è un qualsiasi fattore che da origine ad un impulso nervoso. Un impulso nervoso è generato da un cambiamento del potenziale di membrana.:

Uno stimolo è un qualsiasi fattore che da origine ad un impulso nervoso. Un impulso nervoso è generato da un cambiamento del potenziale di membrana. ♦ I canali del sodio cominciano ad aprirsi e alcuni ioni Na+ entrano nel neurone rendendo leggermente meno negativa la membrana ♦ stato di riposo:nessun flusso netto di ioni attraverso la membrana ♦ Molti canali del sodio si aprono e gli ioni Na+ entrano ( i canali del potassio sono chiusi ) .Aumenta la carica positiva all’interno della membrana e il potenziale raggiunge il suo massimo valore dunque i canali Na+ diventano inattivi. ♦ I canali del potassio si aprono e gli ioni K+ diffondono all’esterno della membrana

Il potenziale d’azione:

Il potenziale d’azione ♦ Il potenziale d’azione è una variazione del potenziale di riposo in un determinato punto del neurone: l’ assone . ♦ Quando sull’assone si genera un potenziale d’azione ha origine l’impulso nervoso. I potenziali d’azione: § Si propagano solo in una direzione grazie ai cambiamenti elettrici che produce nella membrana del neurone § I potenziali d’azione si propagano portando le informazioni al sistema nervoso centrale .

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Primo potenziale d’azione Assone Secondo potenziale d’azione Terzo potenziale d’azione Segmento di assone 1 2 3 ♦ Quando la regione azzurra dell’assone apre i suoi canali del sodio, gli ioni Na+ entrano velocemente e si genera il potenziale d’azione. ♦ Quando nello stesso tratto si aprono i canali del potassio Gli ioni K+ diffondono fuori dall’assone nello stesso tempo i canali del sodio si chiudono e si disattivano e il potenziale d’azione scompare . ♦ Nel momento in cui la membrana assonica torna al suo stato di riposo non avremo più alcuna traccia del potenziale d’azione

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CELLULE NERVOSE

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