Lezione 5-Trasporto 2015

Trasporto
Trasporto di sostanze
“in e out” dalla cellula
Tutte le sostanze che devono entrare o uscire dalla
cellula devono passare la barriera della membrana
plasmatica
Le membrane biologiche sono
selettivamente permeabili
• Più una molecola
è piccola e
solubile nei lipidi
e più facilmente
attraversa la
membrana
• Molecole grandi
e polari non
diffondono
attraverso la
membrana
Permeabilità di membrana
– Le piccole molecole non polari (O2,CO2, N2,
etc.) attraversano rapidamente la membrana
• Permeabilità ai gas è necessaria per la
respirazione cellulare
– Molecole neutre polari, diffondono
rapidamente se sono piccole abbastanza
H2O
Etanolo
Glicerolo
Veloce----------------------Lento
– Ioni e grandi molecole non diffondono
Come si spostano le molecole:
La concentrazione regola il movimento
delle sostanze (diffusione)
• Movimento delle particelle dalla zona a concentrazione
più alta a quella a concentrazione più bassa, fino a
raggiungere una condizione d’equilibrio
Se c’è una barriera semipermeabile
non si spostano le sostanze (soluti),
ma l’acqua (solvente):
Osmosi
Osmosi
• Movimento di acqua
attraverso una
membrana semi
permeabile
• Da una regione a
concentrazione
maggiore ad una a
concentrazione minore
• Pressione Osmotica
Osmosi
[Soluto] in A
Maggiore
Minore
Uguale
[Soluto] in B
Minore
Maggiore
Uguale
Tonicità
A Ipertonica
B Ipotonica
A Ipotonica
B Ipertonica
A e B sono
Isotoniche
Direzione del
movimento
B -> A
A -> B
Nessun
movimento
Tipi di Trasporto
Tipi di Trasporto
• Trasporto Passivo
– Diffusione
Semplice o Facilitata
– Segue il gradiente di concentrazione
– Le molecole si muovono “in discesa libera”
• Trasporto Attivo
– Muove un soluto contro un gradiente di
concentrazione
– Richiede enzimi e consumo di energia (ATP)
• Trasporto Vescicolare
– Invaginazioni delle membrane per formare le
vescicole
Diffusione Semplice e Facilitata
• Diffusione Facilitata
– E’ una forma di trasporto passivo, non consuma
energia
– Molecole non liposolubili, quindi non in grado di
attraversare le membrane
– Utilizza trasportatori di membrana
– Diffusione favorita dal gradiente di
concentrazione
– Selettivo e Saturabile
– Trasporta glucosio, acidi grassi, aminoacidi e
nucleotidi se vi è un gradiente di concentrazione
favorevole
Proteine di trasporto
• Trasportano molecole solubili in acqua
• Proteine Carrier
– Trasportano molecole polari e ioni (piccola o
media grandezza)
– Devono subire un cambiamento conformazionale
• Proteine Canale
– Formano un poro idrofilico, trasportano
principalmente ioni o acqua (molecole piccole)
Acquaporine, trasporto rapido dell’acqua
(importanti per i processi osmotici)
– Sono regolabili: Possono essere aperti o chiusi,
e sono regolati da ligandi, variazioni di
potenziale, pressione o stiramenti
Esempio di Proteine Carrier
– Glucosio permeasi dei globuli rossi
• Glucosio una volta passato viene fosforilato
e non può riattraversare la membrana, non
contribuendo quindi al gradiente. Questo fa
sì che il glucosio entri rapidamente
Concentrazione
bassa di soluto
Concentrazione
alta di soluto
Trasporto Attivo
• Trasporto contro gradiente di concentrazione
• Permette alla cellula di avere alcune sostanze
a concentrazione più alta rispetto all’esterno
• Svolto da proteine di membrana specializzate
• Proteine che “pompano” le particelle utilizzano
energia (ATP)
• Selettivo
• Saturabile
Pompe Ioniche
• Sono proteine trans-membrana
• Lavorano modificando la loro conformazione
in maniera ATP dipendente
• Regolano la pressione osmotica della cellula
• Possono produrre un gradiente per attivare
il trasporto attivo di altre sostanze:
Fenomeni di co- trasporto
Pompa Sodio- Potassio
Pompa
Sodio- Potassio
• Presente in tutte
le cellule
• Sfrutta una
molecola di ATP
• 3Na+ out, 2 K+ in
• Interno della
cellula carico
negativamente
• Crea un Potenziale
di Membrana
Trasporto Secondario
• Sono coinvolte proteine carrier e non
pompe
• Non viene speso direttamente ATP, ma
viene sfruttata la differenza di
potenziale elettrochimico creata dalle
pompe ioniche
• 2 tipi diversi: Antiporto e Simporto
Trasporto Secondario o Accoppiato
• Uniporto
– Una sola sostanza che si muove sfruttando la
differenza di concentrazione
• Antiporto
– Trasporto contemporaneo di due specie ioniche o di
altri soluti che si muovono in direzioni opposte
attraverso la membrana
• Una secondo gradiente, l’altra contro gradiente
• Simporto
– Flusso di un soluto secondo gradiente per muovere
un'altra molecola contro gradiente ma il movimento
avviene in questo caso attraversando la membrana
nella stessa direzione
Esempio di Co-Trasporto
• Pompa Na+/K+ mantiene
basso il Na
intracellulare
• Na+ passa dall’esterno
all’interno attraverso il
cotrasportatore
Na+/Glucosio
• Il glucosio passa quindi
nel sangue per
diffusione facilitata
Trasporto Vescicolare
Trasporto Vescicolare
- Le Vescicole permettono di separare dal resto della
cellula il materiale da veicolare
- Le Vescicole permettono la fusione con la membrana
plasmatica riversando il materiale dal lato opposto
Trasporto Vescicolare
Trasporto Vescicolare
• Formazione di vescicole che
trasportano sostanze dentro o fuori
la cellula
• Esocitosi e gemmazione
– Trasporto al di fuori della cellula
• Endocitosi
– Trasporto all’interno della cellula
Traffico Vescicolare
Endocitosi
Pinocitosi
– Letteralmente: la cellula beve
– Importo di fluidi che vengono rilasciati nel
citosol (non selettivo)
– Riciclaggio della membrana
– Micropinocitosi e Macropinocitosi
Macropinocitosi (fino a
200µm)
Micropinocitosi (65nm)
Endocitosi mediata da recettore
Importo specifico di molecole (Ligandi)
legate a proteine di membrana (Recettori)
Mediato da vescicole rivestite:
Il rivestimento permette di concentrare i
recettori e di invaginare la membrana
Endocitosi mediata da recettore
Endocitosi mediata da recettore
Clatrina: tre bracci
disposti a 120°
(Triscelio)
Formano esameri o
pentameri
Legano recettori tramite
adattine
Chiusura delle vescicole endocitarie
Perdita del rivestimento proteico
Necessario per permette alla vescicola di fondersi
con la struttura di destinazione
Destino del contenuto delle vescicole
Endocitosi permette l’ingresso
di molti tipi di macromolecole
• Metaboliti
• Fattori di crescita, citochine, ormoni
• Agenti patogeni
Endocitosi mediata da recettore: LDL
Endocitosi mediata da recettore: LDL
Ipercolesterolemia familiare
Endocitosi mediata da recettore:
transferrina
Endocitosi mediata da recettore
indipendente dalla clatrina
– Caveole: invaginazioni della membrana plasmatica
– Si formano a partire da zattere lipidiche (lipid rafts)
– Abbondanti nei muscoli e adipociti
– Degradazione di alcuni recettori di membrana (Insulina)
Transcitosi nelle cellule endoteliali
• Trasporto di macromolecole in
entrambe le direzioni
• Le vescicole pino-endocitotiche
attraversano la cellula
rapidamente (2-3 minuti)
• Facilmente osservabile nelle cellule
endoteliali dei capillari continui
Fagocitosi
– Letteralmente: la cellula mangia
– Particelle di materiale > 250 nm
– Alcune cellule sono specializzate
nell’attività fagocitaria:
• Granulociti Neutrofili
• Macrofagi
• Dendritiche
Pseudopodi
Fagocitosi
– Permette l’internalizzazione di patogeni o
cellule morte
– Processo selettivo mediato da diverse
classi di recettori:
• recettori Toll-like,
• recettori immunoglobuline,
• recettori del complemento,
• recettori fosfatidil serina (cellule morte)
– Scopo: degradare materiale ingerito;
produrre antigeni per la risposta immune
Fagocitosi
Esocitosi
Esocitosi
• La fusione di vescicole
intracellulari con la
membrana plasmatica
per il rilascio del loro
contenuto all’esterno
• Vari contenti: matrice
extra cellulare,
prodotti di scarto,
enzimi, ormoni,
neurotrasmettitori…
NB: Fusione delle vescicole con la membrana plasmatica
determina accrescimento e quindi deve essere compensata
da endocitosi/pinocitosi
Esocitosi
• Costitutiva
– Fusione non regolata delle vescicole con la
membrana plasmatica
– Esempi: Componenti della ECM da parte di
fibroblasti, Anticorpi da parte dei linfociti B
– Rivestite da proteine COP-I
Regolata
Esocitosi
– Indotta in cellule specializzate quali le ghiandolari
endocrine e esocrine, o cellule nervose
– Un ligando esterno lega un recettore di
membrana e attiva la fusione delle vescicole per
il rilascio di ormoni, neurotrasmettitori, etc.
– Questo è possibile perché il recettore attiva una
cascata di eventi intracellulare (es.: aumento
concentrazione ioni calcio) che stimola la fusione.
– Rivestite da clatrina
Esocitosi costitutiva o regolata
Le vescicole rilasciate tramite esocitosi provengono dall’apparato
di Golgi e vanno spontaneamente nella via secretoria, non
necessitando di particolari sequenze di smistamento.
Basi molecolari della fusione tra membrane
Proteine importanti
per l’ancoraggio:
proteine RAB e le
proteine laccio.
Proteine importanti
per la fusione:
proteine SNARE.
Modello valido anche
per le vescicole che
devono fondere con
altre membrana
bersaglio intracellulari
(non solo per l’esocitosi)
• Rilasciati come vescicole,
non fondono con la
membrana plasmatica
• Permettono il trasporto
inter-cellulare
• Possono agire da
messaggeri (possono
contenere anche mRNA)
• Originano dalla
Membrana Plasmatica
(Gemmazione) o dai Corpi
Multivescicolati
(Esososomi)
• Varie funzioni:
Coagulazione,
Angiogenesi, Sviluppo,
Risposta Immune
Vescicole di Gemmazione
ed Esosomi
Traffico Vescicolare