La membrana cellulare e giunzioni cellulari, Sbobinature di Citologia

Scarica La membrana cellulare e giunzioni cellulari e più Sbobinature in PDF di Citologia solo su Docsity! CITOLOGIA LA MEMBRANA PLASMATICA È la barriera che tiene separata la cellula dal mondo esterno; è alla membrana che arrivano i segnali che permettono alla cellula di modulare alcune sue funzioni ed è la membrana che regola il passaggio di sostanza dall’esterno verso l’interno e viceversa. La membrana è costituita da: lipidi, proteine e glucidi, organizzati secondo un piano strutturale che è lo stesso in tutte le cellule, ma con delle varianti per quanto riguarda il tipo di lipidi che la compongono e la quantità di proteine e glucidi che vi si possono trovare. Organizzazione strutturale della membrana: i lipidi  Fosfolipidi: sono i più abbondanti lipidi della membrana. Sono costituiti da due catene aciliche legati a due gruppi ossidrilici del glicerolo; il terzo gruppo ossidrilico del glicerolo è legato un fosfato, il quale, caricato negativamente, può essere esterificato con la colina, un alcol caricato positivamente, per formare fosfatidilcolina, il fosfolipide di membrana più abbondante; oppure si possono legare al gruppo fosfato inositolo, etanolammina o serina per formare i corrispondenti fosfolipidi. Le catene aciliche legate al glicerolo possono essere costituite da 16—18 atomi di carbonio legati mediante legami semplici o doppi.  Sfingolipidi: è la seconda classe di lipidi di membrana. Questi derivano dalla sfingosina, un aminoalcol a lunga catena acilica al cui gruppo aminico è legata un’altra catena idrocarburica. La sfingomielina è il più abbondante degli sfingolipidi, ed è caratterizzata dal legame con una fosfocolina al gruppo ossidrilico terminale della sfingosina. Nei casi in cui alla sfingosina è legato, come gruppo idrofilico, un monosaccaride, si ha la formazione di glicolipidi. Il più semplice è il glucosilceramide il cui gruppo polare è rappresentato da una molecola di glucosio; in quelli più complessi, alla sfingosina sono legate catene ramificate di carboidrati con acido sialico terminale.  Colesterolo: è la terza classe di lipidi di membrana la cui struttura di base è caratterizzata da quattro anelli idrocarburici I lipidi sono organizzati in un doppio strato. Date le caratteristiche chimico-fisiche dei fosfolipidi, le catene aciliche sono disposte in modo da evitare ogni iterazione con l’acqua e le teste idrofiliche saranno disposte verso l’ambiente acquoso intra ed extracellulare. Questo identifica nella cellula un foglietto citoplasmatico o interno e un foglietto esoplasmatico o esterno. Organizzazione strutturale della membrana: le proteine Le proteine sono localizzate in modo differente rispetto al doppio strato lipidico e ciò permette di distinguere le proteine integrali, quelle che attraversano il doppio strato lipidico da un lato all’altro della membrana, e le proteine periferiche, che invece, sono situate sulla faccia interna o su quella esterna della membrana plasmatica; vi è poi una terza categoria, che è quella delle proteine che sono ancorate alla membrana e sono caratterizzate dalla presenza di una o due catene aciliche legate covalentemente allo scheletro peptidico e interagiscono con la struttura lipidica della membrana. In genere, per le lipidoproteine che affacciano nel citosol, si tratta di una catena acilica derivante da acido palmitico legata ad una glicina presente nell’ammino-terminale o da un ancora prenilica legata a una cisteina al carbossi- terminale; per le lipidoproteine che invece affacciano dal lato extracellulare, sono sempre legate ad un ancora di glicosilfosfatidilinositolo. Caratteristiche della membrana plasmatica Discontinuità La membrana è discontinua perché le proteine interrompono la struttura lipidica. Fluidità La membrana si comporta cioè un fluido, dato che i lipidi possono diffondere lateralmente all’interno del proprio strato (alla temperatura di 37°C si calcola che possono muoversi di qualche micrometro al secondo). Il grado di fluidità è influenzato dalla composizione: i lipidi che hanno lunghe catene aciliche e sature, hanno ampie superfici di interazione e quindi si impacchettano strettamente tra di loro, rendendo le membrane poco fluide; nel caso in cui vi sono presento catene insature e polinsature, queste rendono la membrana più fluida, in quanto sono caratterizzate da superfici di interazioni più lunghe. Il colesterolo non forma delle strutture continue, ma si inserisce fra i lipidi della membrana, restringendo il grado di mobilità della membrana stessa: quando la sua concentrazione è bassa, la membrana è più fluida, mentre, al contrario, rende la membrana poco fluida quando la sua concentrazione è più elevata. Inoltre, il colesterolo contrubuisce anche allo spessore della membrana, aumentandolo di circa 0.5nm. Anche le proteine possono muoversi all’interno della membrana, ma con movimenti più limitati, dovuti al fatto che dal lato citoplasmatico interagiscono con le proteine del citoscheletro. Asimmetria L’asimmetria della membrana è dovuta alla diversa distribuzione dei lipidi, delle proteine e degli zuccheri:  Lipidi: sfingolipidi e fofotidilcolina sono presenti in maggior quantità sulla faccia extracellulare della membrana; fosfatidilserina, fosfatidilinositolo e fosfatidiletanolamina si trovano in maggior parte sulla faccia citoplasmatica della membrana. La diversa di distribuzione è correlata alla funzione che questi lipidi svolgono nella cellula: il fosfatidilinositolo è coinvolto nei meccanismi di risposta cellulare a stimolazioni esterne; il fosfatidiletanolamina sula faccia interna, è stato vito essere correlato in meccanismi di curvatura della membrana, data la sua forma conica, di adatterebbe meglio nei punti in cui la membrana presenta delle curvature.  Proteine: le sequenze idrofobiche delle proteine, interagiscono con i lipidi di membrana e trattengono le proteine stesse con differente orientamento nella membrana del RER; dal RER la proteina viene inserita in una vescicola che transita fino alla superficie della cellula dove, per fusione, della vescicola che l’ha trasportata con la membrana, con la parte che dava verso l’interno del RER rivolta verso la faccia esoplasmatica della membrana. Per la stessa ragione, poiché la glicosilazione avviene nel RER e nel Golgi, la parte della proteina a cui sono legate le catene oligosaccaridiche, si troveranno all’esterno della cellula. Anche le proteine periferiche hanno una distribuzione asimmetrica, le quali non sono legati alla parte idrofobica della membrana, ma lo sono indirettamente, mediante interazioni con la parte idrofilica delle proteine integrali o con le teste dei lipidi di membrana.  se la membrana ha solo canali per il sodio, questo ione attraverserà la membrana secondo gradiente, cioè dall’ambiente extracellulare al citoplasma, lasciando un eccesso di cariche negative dal lato extracellulare; a questo punto si creerà un eccesso di cariche negative dal lato extracelulare e un eccesso di cariche positive dal lato del citosol: in questa situazione si avrà una situazione di equilibrio in cui tanti ioni passeranno dal lato extracellulare a quello citosolico per differenza di concentrazione, tanti ne passeranno con senso opposto, spinti dalla differenza di carica, stabilendo una differenza di potenziale positiva all’interno della cellula e negativa all’esterno della cellula.  se invece nella membrana sono presenti solo canali per il potassio si avrà la situazione contraria è quindi evidente come la chiusura dei canali del sodio e l’apertura di quelli del potassio generi una differenza di potenziale negativa all’interno e positiva all’esterno GIUNZIONI CELLULARI Le cellule comunicano tra di loro mediante contatto diretto, oppure possono comunicare con la matrice cellulare. Alcune di queste iterazioni sono transienti, come quelle che permettono alle cellule del sistema immunitario di raggiungere i siti dell’infiammazione, mentre alcune iterazioni sono stabili, come quelle che vi sono a livello delle cellule di uno stesso tessuto e che permettono la formazione del tessuto stesso. Molecole di adesione cellula – cellula Molecole di adesione cellula – matrice È un processo altamente selettivo. Quando formano un tessuto, le cellule aderiscono a cellule dello stesso tipo. L’adesione cellula – cellula è mediata da molecole di adesione cellulare CAM (cell - adhesion molecule) di quattro tipi diversi:  selectine  integrine  caderine  proteine della superfamiglia delle Ig per quanto riguarda il tipo di adesione, le caderine e le Ig danno luogo ad un tipo di adesione che viene definito omofilico, cioè la molecola presente sulla superficie di una cellula interagisce ed aderisce mediante il contatto con una stessa molecola posta sulla membrana di una cellula diversa; selectine e integrine danno luogo ad un’adesione di tipo eterofilico. Le molecole chiave per l’adesione delle cellule con la matrice extracellulare sono le integrine le quali richiedono calcio o magnesio e, dal alto citosolico, interagiscono con le proteine de citoscheletro. Infatti, queste proteine sono eterodimeriche transmembrana, che sono essenzialmente dei recettori, ma caratterizzati da una bassa affinità per il loro ligando. La forza del legame, in questo caso, è affidata al largo numero di molecole che sono impiegate nell’adesione. Il risultato è quello di ottenere un effetto velcro. Sono molecole calcio o magnesio dipendenti GIUNZIONI CELLULARI Le giunzioni sono delle piccole aree specializzate nelle interazioni cellula – cellula o cellula – matrice. Giunzioni tight o giunzioni occludenti o giunzioni strette Sono situate subito dopo la zona apicale della cellula e regolano il passaggio di soluti attraverso lo spazio extracellulare. Al microscopio elettronico, le giunzioni tight appaiono come una serie di occhielli che si formano nelle membrane di due cellule adiacenti, in seguito all’adesione delle facce extracellulari delle rispettive membrane plasmatiche. Tanto più sono i punti di contatto, tanto più la giunzione risulta impermeabile. Sul alto citoplasmatico, a livello dell’adesione, vi è una fitta rete proteica responsabile dei punti di chiusura intercellulari. Tale rete è costituita sia da proteine transmembrana che da proteine poste al di sotto della membrana plasmatica, dal lato citoplasmatico. Componente proteica: ZO1, ZO2 e ZO3 appartengono ad una famiglia di proteine che presentano numerosi domini che permettono sia l’interazione con le proteine della stessa famiglia e, quindi, fra le varie proteine ZO, ma presentano anche dei domini per legami con proteine citoplasmatiche e transmembrana. L’occludina e la claudina sono le più note proteine transmembrana coinvolte alla formazione delle giunzioni tight. Queste due proteine hanno le regioni terminali rivolte verso il citoplasma e presentano due loop extracellulari e uno intracellulare. Le loro code carbossiterminali sono capaci di legare una vasta gamma di proteine ZO. Altro gruppo di proteine transmembrana sono le JAM (molecole di adesione giunzionale). Le giunzioni occludenti sono localizzate la dove è necessario un ridotto passaggio di molecole e di agenti patogeni a livello degli spazi intercellulari. Giunzioni ancoranti a fascia Nel tessuto epiteliale sono localizzati al di sotto delle giunzioni tight. Componente proteica: appaiono come una placca elettrondensa localizzata a livello citoplasmatico. Le proteine della placca, costituite da α, β e γ catenine legano a livello citoplasmatico diverse proteine tra cui i filamenti di actina citoscheletrici e una serie di proteine transmembrana appartenenti alla famiglia delle caderine. Le caderine, desmogleina e desmocollina, sono le principali proteine transmembrana presenti: la loro porzione amino-terminale forma degli eterodimeri a livello extracellulare, mentre la loro estremità carbossi-terminale lega alcune proteine della placca. Oltre a domini per la formazione di eterodimeri, le caderine presentano dal lato extracellulare dei domini di legame per il calcio, la cui concentrazione influenza la stabilità degli eterodimeri e quindi dell’intera giunzione. Oltre alle caderine sono presenti altre glicoproteine come ad esempio la pectina che, a livello intracellulare lega la ponsina, la quale, a sua volta, interagisce con α-catenina della placca. Le giunzioni ancoranti a fascia sono in grado di controllare, secondo la loro localizzazione, la via paracellulare di soluti e leucociti, l’inibizione da contatto della crescita cellulare e l’apoptosi. Le giunzioni si trovano a livello degli epiteli e degli endoteli, dove è richiesta una certa protezione dell’infiltrazione da parte di agenti patogeni e da azioni meccaniche e chimiche. Desmosomi Sono delle strutture che non formano una fascia attorno alla cellula, ma sono localizzate a macchia di leopardo sulla membrana cellulare. Componente proteica: la struttura di un desmosoma prevede la presenza di glicoproteine transmembrana calcio dipendenti, appartenenti alla famiglia delle caderine, e un gruppo di proteine che compongono la placca intercellulare, connesse, in maniera diretta o indiretta, alle proteine dei filamenti intermedi del citoscheletro. La placca proteica dei desmosomi è formata da placoglobina e placofilina, le quali legano la desmoplachina che, a sua volta, lega i filamenti intermedi del citoscheletro. La natura dei filamenti intermedi dipende dal tessuto in riferimento: nell’epidermide legano i tonofilamenti di cheratina, nei cardiomiociti la desmina etc… Le proteine transmembrana più comuni sono la desmocollina e la desmogleina, le stesse che si riscontrano a livello delle giunzioni ancoranti a fascia. Legano a livello intracellulare le proteine della placca. Emidesmosomi Sono giunzione cellula – matrice. Sono costituiti da una placca proteica intracellulare che fa da ponte tra i filamenti intermedi e le proteine transmembrana. Componente proteica: la plectina e la proteina BP230 sono le principali proteine che compongono la placca intracellulare, le quali presentano dei siti per l’interazione con le integrine e le proteine del citoscheletro. Negli emidesmosomi, le proteine transmembrana sono delle glicoproteine appartenenti alla famiglia delle integrine, le quali hanno il compito di connettere la placca intracellulare agli elementi della matrice extracellulare e sono presenti in due forme:  α6β4, un dimero in cui la subunità β4 lega la plectina, mentre le estremità amino-terminali interagiscono con gli elementi della matrice.  BP180, presenta l’estremità carbossi-terminale in associazione con gli elementi della lamina basale; a livello citoplasmatico interagisce con le proteine della placca proteica e la subunità β4 dell’integrina Contatti focali Sono costituite da proteine citoscheletriche che, grazie alla presenza di proteine transmembrana e proteine ponte, permettono l’adesione tra la cellula e la matrice extracellulare. Tali giunzioni sono coinvolte in molti processi come: l’adesione, migrazione, proliferazione e differenziamento. Componente proteica: sono costituiti da proteine citoplasmatiche, transmembrana e extracellulari