Biologia 26 – Membrana cellulare – Adesione 1
Biologia 27 – Membrana cellulare – Adesione
Gli organismi pluricellulari possono esistere solo se le cellule che li costituiscono possono unirsi tra loro per formare tessuti ed organi. Questa funzione di unione è svolta da particolari proteine che fanno parte di strutture complesse, dette giunzioni intercellulari.
Giunzioni intercellulari
Ci sono 3 tipi di giunzioni intercellulari: occludenti, adesive, comunicanti, adesioni focali.
Giunzioni occludenti (tight junctions)
Sede: parte alta del dominio laterale.
Tipo: giunzione perimetrale (a cerniera)
Funzioni:
Isolare (impermeabilizzare) la superficie di un epitelio (superficie esterna o lume) dallo spazio intercellulare (latero-basale), impedendo il passaggio di sostanze fra questi due versanti;
Stabilire la polarità delle cellule.
Dove si trovano: epiteli di rivestimento (pelle, epiteli intestinali)
Struttura: sono formate da proteine transmembrana (claudine, occludine e JAM – junctional adhesion molecules) che si legano tra loro.
Queste proteine si legano nel versante interno si legano ai microfilamenti di actina mediante proteine citoplasmatiche dette ZOP (Zonula Occludens Proteins).
Giunzioni adesive (adherens junctions)
Servono a far mantenere le cellule a stretto contatto tra loro o a fissarle alla membrana basale. Questa forma di giunzione può essere di diversi tipi: desmosomi, emidesmosomi, zonule aderenti.
Desmosomi
Sede: dominio laterale.
Tipo: giunzione localizzata (a bottone).
Funzione: servono a fornire una resistenza meccanica (allo strappo) ai tessuti.
Dove si trovano: sono abbondanti nell’epitelio della pelle e nel muscolo cardiaco.
Struttura: gli elementi di legame sono le caderine, proteine transmembrana che (nel versante esterno) si legano alle caderine della cellula vicina e dall’altra parte (versante interno) si legano a proteine citoplasmatiche (desmogleine) che, nell’insieme, formano la placca.
Sulla placca, poi, si inseriscono i filamenti intermedi (vedi citoscheletro), costituiti, per lo più, da cheratina (ma possono essere anche vimentina e desmina).
Le caderine, in presenza di ioni calcio (Ca++) si uniscono tra loro, stringendo così la giunzione.
Emidesmosomi
Sede: nel dominio basale.
Tipo: giunzione localizzata (a bottone).
Funzione: servono a legare la cellula alla membrana basale.
Dove si trovano: in tutti gli epiteli.
Struttura: simile al desmosoma … ma ridotta a metà. Inoltre, le proteine transmembrana non sono le caderine, ma le integrine ed anche le proteine della placca sono diverse da quelle dei desmosomi.
Biologia 26 – Membrana cellulare – Adesione 2 Zonule aderenti
Sede: nel dominio laterale.
Tipo: giunzione perimetrale (a cerniera).
Funzione:
Servono a legare una cellula alle cellule circostanti;
Svolgono un ruolo nella motilità delle cellule.
Dove si trovano: in tutti gli epiteli.
Struttura: gli elementi di legame sono le caderine, proteine transmembrana che (nel versante esterno) si legano alle caderine della cellula vicina e dall’altra parte (versante interno) si legano a proteine citoplasmatiche, dette catenine alfa e beta, le quali, a loro volta, uniscono le caderine ad un fascio di actina (vedi citoscheletro).
Anche per questo tipo di giunzione la presenza di ioni calcio (Ca++) favorisce l’unione delle caderine.
Giunzioni comunicanti (gap junctions)
Sede: qualunque dominio, ma è più frequente in quello laterale.
Tipo: giunzione localizzata (a bottone).
Funzione: servono a far comunicare (elettricamente e chimicamente) le cellule tra loro.
Dove si trovano: sono abbondanti nei tessuti deve è richiesta una comunicazione rapida (es.
tessuto nervoso e muscolare).
Struttura: le membrane delle cellule sono molto vicine (distanza di 2-3 nm) e rese comunicanti dalla presenza di numerose strutture proteiche dette connessoni, formate da 6 subunità proteiche (connessine) che delimitano un canale centrale che serve per la comunicazione tra il citoplasma di due cellule contigue.
Attraverso il canale centrale passano ioni e di piccole molecole (quali ATP ed alcuni aminoacidi).
Anche per questo tipo di giunzione, il funzionamento è dipendente dalla presenza di ioni calcio. Se la concentrazione di calcio è bassa, le giunzioni comunicanti sono aperte; mentre, se la concentrazione di calcio è alta, le giunzioni si chiudono. Lo stato di apertura e chiusura delle giunzioni comunicanti può essere regolata anche dal potenziale di membrana e dal pH citoplasmatico.
Adesioni focali
Le cellule, oltre a legarsi tra loro, si legano anche alla matrice extracellulare. Questo tipo di legame prende il nome di adesione focale e serve alle cellule per muoversi, per proliferare e per differenziarsi.
Le proteine transmembrana coinvolte nel meccanismo di adesione focale sono le integrine e le laminine (presenti solo nella lamina basale).
Queste si legano, all’esterno, con le fibre connettivali o i proteoglicani e, all’interno, con i microfilamenti di actina (attraverso proteine intermediarie).
Sono strutture molto dinamiche (si assemblano e smontano rapidamente). Spesso le adesioni focali funzionano anche da recettori, cioè informano la cellula circa le condizioni del compartimento extracellulare.
Sulle membrane citoplasmatiche ci sono anche delle proteine recettore che mediano il riconoscimento e l’adesione tra cellule. Le principali proteine recettori sono le CAM (cell adhesion molecole), una superfamiglia di cui fanno parte le caderine e le integrine.
Biologia 26 – Membrana cellulare – Adesione 3 Polarità della cellula
Alcune cellule del nostro organismo (in particolare quelle epiteliali e nervose) sono polarizzate, cioè hanno una distribuzione delle strutture che le costituiscono non uniforme. In queste cellule si identifica un dominio apicale ed un dominio baso-laterale. Questi due domini non solo sono morfologicamente diversi ma lo sono anche funzionalmente.
Nel dominio apicale avvengono gli scambi con l’esterno (o col lume di un viscere). Pertanto, in questa sede ci sono le specializzazioni di membrana (es. microvilli, ciglia e stereo ciglia), ci sono numerosi recettori, complessi proteici o glicoproteici destinati al trasporto intracellulare
Il dominio basolaterale, invece, ha il compito di contattare (interagire) con le altre cellule e con l’ambiente extracellulare.
I due domini sono separati da giunzioni occludenti, che impediscono alle proteine di membrana e alle varie strutture di membrana di passare da un dominio all’altro (nonostante la fluidità del mosaico).
Il fenomeno della polarità dipende da 2 diversi meccanismi: lo stimolo spaziale esterno e l’indirizzamento delle nuove molecole.
Stimolo spaziale esterno
Il compartimento della membrana plasmatica che viene a contatto con la superficie di adesione, sia essa la matrice extracellulare o la membrana di un’altra cellula, diventa il dominio basolaterale delle cellule, mentre la superficie libera diventa il dominio apicale. Il processo è innescato da dei recettori di adesione presenti sulla membrana citoplasmatica. La ricezione del contatto da parte di questi recettori innesca una serie di modifiche intracellulari che portano ad una diversa distribuzione delle strutture (citoscheletro, organelli citoplasmatici, proteine e glicoproteine di membrana, formazione delle giunzioni occludenti, etc).
Indirizzamento delle nuove molecole
Una volta che l’asse apico-basale della cellula si è formato, l’asimmetrica distribuzione delle molecole della membrana plasmatica dipende dal continuo smistamento delle nuove molecole (proteine e lipidi) sintetizzate.
Per mantenere la polarità, la cellula ha bisogno di specifici meccanismi che indirizzino le molecole costitutive la membrana verso il dominio giusto.
L’indirizzamento avviene in diversi modi:
mediante molecole segnale (solitamente, si tratta di brevi sequenze di amminoacidi), applicate all’interno delle molecole da trasferire;
mediante recettori di membrana, che hanno il compito di riconoscere le molecole segnale. Tra i siti di recettori, ci sono anche i rafts.
Dominio apicale
È il dominio che si affaccia verso il lume di organi interni o verso la superficie esterna. Rappresenta il dominio più specializzato.
Sul dominio apicale, infatti, sono dislocate le strutture specializzate della cellula, quali microvilli, ciglia, stereo ciglia che contengono, a loro volta, proteine fondamentali per la funzione specifica dell’organo (digestione, assorbimento, etc).
Strutturalmente, il dominio apicale è ricco di sfingolipidi e presenta, sul versante apicale, numerose proteine e glicoproteine con funzioni di recettore, interazione e segnali di riconoscimento cellulari.
Dominio basolaterale
È il dominio che si mette in contatto con le altre cellule e con la membrana basale. Esso ha il compito di contattare le cellule e i tessuti circostanti. Pertanto, questo dominio contiene la maggior parte delle proteine richieste per le interazioni cellula-cellula nonché quelle per l’adesione alla membrana basale.
Strutturalmente, questo dominio è ricco di glicerolipidi e fosfatidilcolina.
