Diffusione facilitata Trasporti mediati da proteine di membrana: i

Diffusione facilitata
Trasporti mediati da proteine di membrana: i trasportatori
I trasportatori somigliano agli enzimi: “catalizzano” la traslocazione dei
substrati da una parte all’altra della membrana secondo la reazione:
Sest + C
Sest C
SintC
Sint + C
TRASPORTATORI LEGANO IONI O MOLECOLE SPECIFICHE
Il legame con la molecola trasportata provoca un cambiamento
conformazionale e quindi il passaggio
Canale ionico
Spazio extracellulare
Citosol
Trasportatore
Da 10 a 100 milioni di ioni/sec
Cambiamento
conformazionale
Da 100 a 10.000 molecole/sec
Velocità di flusso
(a) Diffusione passiva attraverso la membrana
(b) Trasporto passivo attraverso canali
Velocità di flusso
Jmax cs
J=
____________________
Km +Cs
(c) Trasporto mediato da carrier (passivo o attivo)
Velocità di flusso
L’entità del trasporto facilitato di una
sostanza dipende dalla velocità con cui
ogni singolo trasportatore effettua il
proprio ciclo e dal numero di proteine
trasportatrici presenti nella membrana
cellulare
trasportatori
occupati
Concentrazione extracellulare di
substrato
J= flusso unidirezionale, numero di
molecole/tempo
Jmax= flusso unidirezionale massimo
(tutti i trasportatori sono occupati)
Cs= concentrazione del substrato
Km= costante di Michaelis-Menten.
Corrisponde alla concentrazione di
substrato che da luogo ad un flusso
pari alla metà di Jmax
Velocità di assunzione di glucosio (v)
Trasporto del glucosio
Concentrazione esterna di glucosio (mM)
Tre principali caratteristiche distinguono un trasporto dalla diffusione passiva:
• La velocità della diffusione facilitata è molto maggiore di quella della diffusione passiva
• Il trasporto è specifico
• Il trasporto avviene attraverso un numero limitato di “porte”
Il trasporto facilitato mediato da carrier è: selettivo, saturante, stereospecifico
e presenta inibizione competitiva Uniporto: GLUT1 (ubiquitario)
- Famiglia di dodici trasportatori: GLUT (glucose transporter)
- GLUT1 è il primo ad essere stato caratterizzato • 12 segmenti transmembrana
• Estremità N e C terminali citoplasmatiche
• Presenta due siti putativi di N-glicosilazione
SGLT (sodium dependent glucose transporter)
Trasporto attivo secondario
√  Il funzionamento del trasportatore è dipendente dal gradiente di concentrazione del
Na+: il blocco uscita Na+ dalla cellula (riduzione [Na+]e) riduce il funzionamento dei
trasportatori Na+-dipendenti
√  Se la direzione del gradiente di Na+ viene invertita sperimentalmente si inverte anche
la direzione del trasporto
√  Trasporto dipende dalla presenza dello zucchero
Esempi altri trasportatori: Na+/amminoacido alanina
Na+-Cl-/neurotrasmetttori
Il co-trasporto Na+-D-glucosio determina l’assorbimento
intestinale ed il riassorbimento renale del glucosio
Enterociti
Antiporto Cl-/HCO3-
Meccanismo flip-flop consecutivo
Altri esempi antiporto:
Na+/Ca2+ (membrana cellule)
Na+/H+ (tubulo prossimale rene mammiferi)
Trasportatori nella regolazione osmotica del volume cellulare
Gli scambiatori Na+/H+ e Cl-/HCO3- e
la Na+-K+-ATPasi intervengono nella
regolazione del volume cellulare
<< pH attiva sistemi trasporto
Il trasporto attivo primario:
Le classi di proteine di trasporto ATP-dipendenti .
(ATP binding cassette)
Tutte le cellule viventi spendono continuamente energia chimica per mantenere le
concentrazioni ioniche ai due lati della membrana ben lontane dalla condizione di equilibrio
Esempi di trasporto attivo primario
Modello meccanico di trasporto attivo
Trasporti attivi primari: Na+/K+-ATPasi
La Na+/K+-ATPasi mantiene i gradienti di Na+ e K+ tra l’ambiente intra- ed extra-cellulare
Na+/K+-ATPasi: modello di funzionamento
Caratteristiche strutturali:
Complesso costituito da almeno 2 subunità:
Alfa (100 KDa);
Beta (45-50 KDa)
K+
Na+
Na+
Caratteristiche funzionali del trasporto:
 contro gradiente di concentrazione
  elevata selettività
 ATP-dipendente
 inibito da veleni metabolici e da
agenti bloccanti specifici (ouabaina)
K+
Na+
K+
 pompa reogenica (movimento
netto di carica) ed elettrogenica
(effetto misurabile sul voltaggio di
membrana)
Il funzionamento della pompa dipende dal K+ esterno e dall’ATP
Circa il 25% dell’ATP viene
utilizzato per il funzionamento di
questa pompa.
Nei neuroni, questa percentuale
può salire fino al 70%
L’attività della pompa è regolata da
ormoni:
Ormoni tiroidei (vari tessuti, regola
la sintesi)
Aldosterone (rene, regola la sintesi)
Insulina (aumento attività, sintesi o
inserimento in membrana)
Ca-ATPasi del reticolo sarcoplasmatico
[Ca2+] 10-2 M
Mg2++
La Ca2+-ATPasi mantiene bassa
la concentrazione del calcio
nelle cellule (Km = 10-7 M)
ESOCITOSI
ESOCITOSI
ENDOCITOSI: fagocitosi, pinocitosi e endocitosi mediata da
recettore
FAGOCITOSI
(fagosoma)
ENDOCITOSI: fagocitosi, pinocitosi e endocitosi mediata da
recettore
PINOCITOSI
Endocitosi mediata da recettore
Endocitosi mediata da recettore
Transcitosi
Adesione cellulare
Legame omotipico
5.5
Legame eterotipico
Le giunzioni strette (Tight Junctions) prevengono il passaggio di molecole attraverso lo
spazio circostante alle cellule e definiscono regioni funzionali della membrana
plasmatica impedendo la migrazione delle proteine sulla superficie cellulare.
Membrane plasmatiche
Lume dell'intestino
Spazio intercellulare
Proteine di giunzione
Membrane plasmatiche
Spazio intercellulare
Placca citoplasmatica
(actinina, actina)
Caderina
Fibre di cheratina
associate con la placca
citoplasmatica
Una cellula epiteliale
Membrana plasmatica
I desmosomi permettono alle cellule di aderire
fortemente le une alle altre. SI: ioni, amminoacidi, zuccheri, nucleotidi
NO: proteine, acidi nucleici, polisaccaridi
Lume dell'intestino
Spazio
intercellulare
Canale idrofilico
(5 nm)
2-4
di 2-4 nm
Spazio
Connessoni
Membrane
plasmatiche
Accoppiamento elettrico e metabolico
Gap junctions (Giunzioni comunicanti):
canali acquosi che permettono il Una cellula epiteliale
passaggio diretto di ioni inorganici e di
piccole molecole idrosolubili (almeno
fino a 500 dalton) dal citoplasma di una
cellula nel citoplasma di un’altra cellula. Membrana plasmatica
Dimostrazione
sperimentale
dell’esistenza di gap junctions
Lo stato di apertura delle gap
junctions è altamente regolato