Trasporti attraverso la membrana Proteine di trasporto
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Trasporti attraverso la membrana Proteine di trasporto Diffusione Facilitata Caratteristiche dei trasporti mediati • I carriers sono dotati di specificità • Sono soggetti a saturazione • Possono essere bloccati dagli inibitori competitivi • Hanno un’elevata dipendenza termica e dal pH I trasportatori hanno le caratteristiche di enzimi • I carriers agiscono cataliticamente come gli enzimi • Legano selettivamente il loro substrato, cioè la molecola che deve essere trasportata • Cambiano di conformazione per rilasciare il substrato dall’altro lato • Ritornano alla conformazione originale per legare un’altra molecola di substrato • Seguono una cinetica del tipo Michaelis-Menten Esempio di Diffusione facilitata Il Trasportatore del Glucosio Glucosio Permeasi extracell. intracell. poro: formato da 5 a-eliche transmembrana anfipatiche Diffusione Facilitata soluto stato B stato A esterno bilayer lipidico gradiente di concentrazione interno proteina carrier sito di legame del soluto es. Trasportatore del glucosio negli epatociti La driving force per il tranporto in qualsivoglia direzione è determinata dal gradiente di concentrazione attraverso la membrana Le reazioni chimiche accoppiate Un processo endoergonico può avvenire se esso viene opportunamente accoppiato ad un processo esoergonico Consideriamo la seguente reazione endoergonica: A + B → A-B ∆G>0 Affinchè essa possa avvenire deve attingere energia da una reazione esoergonica: X-P → X + P + Energia ∆G<0 La sequenza di reazioni accoppiate sarà la seguente: A + X-P → A-P + X ↓ A-P + B → A-B + P I contenitori di energia nelle cellule Legami ad alta energia: ATP GTP Gradienti transmembranari: Gradienti ionici a cavallo del plasmalemma Contenitori intracellulari di Ca2+ Trasporti passivi e attivi a confronto molecola trasportata proteina carrier gradiente di concentraz. bilayer lipidico diffusione semplice mediata da canale mediata da carrier trasporto passivo trasporto attivo Trasporti passivi e attivi a confronto • Il gradiente di concentrazione attraverso la membrana determina la direzione e la velocità della diffusione passiva. • Nella diffusione passiva le molecole si muovono dalla zona ad alta concentrazione a quella a bassa concentrazione (trasporto “in discesa”) • Diffusione semplice: le molecole diffondono attraverso il bilayer lipidico • Diffusione facilitata: diffusione attraverso la membrana mediata da proteine di trasporto (non è richiesta energia) • Muovere un soluto “in salita” (contro il gradiente di concentrazione) richiede un ingresso di energia Trasporto Attivo Na+/K+ ATPasi Na+/K+ ATPasi • La pompa idrolizza l’ATP ad ADP per trasportare simultaneamente 3 Na+ dalla cellula e 2 K+ dentro la cellula ad ogni ciclo della pompa • La Na+-K+ ATPasi è responsabile di >30% del consumo totale di ATP • Mantiene un gradiente del Na+ (ext>int) e del K+ (int>ext) • Contribuisce a creare un potenziale di membrana negativo all’interno • È bloccata dalla ouabaina Ione Intracellulare Na+ K+ 5-15 mM 140 mM Extracellulare 145 mM 5 mM Ciclo della pompa Na+/K+ ATPasi la proteina subisce un cambiamento conformazionale, il Na è rilasciato all’esterno fosforilazione ATP-dipendente ext int il Na si lega al sito citosolico il K si lega al sito extracellulare la proteina ritorna alla conformazione originale, il K è rilasciato all’interno defosforilazione 1 ciclo ≈ 10 millisecondi Alcune importanti caratteristiche della pompa Velocità di attività dipendente dalla concentrazione intracellulare di Na+ Bloccata dal glicoside cardiaco ouabaina e bassa [ATP]i Stechiometria - 3 Na+ fuori, 2 K+ dentro, 1 ATP usato Elettrogenica, può generare direttamente da -2 a -20 mV Tiene la pressione osmotica sotto controllo, prevenendo il rigonfiamento cellulare Gradiente elettrochimico • A cavallo della membrana della maggior parte delle cellule c’è una differenza di potenziale elettrico – il potenziale di membrana • Il potenziale di membrana influenza il movimento transmembrana di tutte le molecole cariche (ioni) • Il lato citoplasmatico della membrana plasmatica di solito ha un potenziale più negativo rispetto all’esterno • La forza elettrostatica spinge i cationi nella cellula e guida gli anioni fuori • Quindi, quando consideriamo la diffusione passiva di soluti carichi attraverso una membrana, due forze devono essere considerate: • (a) il gradiente di concentrazione transmembrana • (b) la differenza di potenziale transmembrana • La driving force netta = Gradiente Elettrochimico Quesito del giorno In base a quanto detto a lezione, stabilire se la pompa Na+/K+, che è elettrogenica dal momento che trasporta un numero netto di cariche elettriche, aumenterà o diminuirà la sua velocità d’azione qualora la membrana venga depolarizzata. Ricordarsi che una depolarizzazione comporta un aumento delle cariche positive all’interno della cellula rispetto alla situazione di riposo (potenziale di riposo). Alcune definizioni molecola trasportata ione co-transportato ione controtransportato Uniporto Simporto Antiporto Trasporti accoppiati Altri esempi di trasporti attivi primari Trasporti accoppiati al gradiente di Na Nelle cellule animali molti processi di trasporto di membrana sono accoppiati al gradiente del Na. Es. Trasporto del glucosio in cellule dell’epitelio intestinale Na+ stato stato A B glucosio ext gradiente di Na carrier gradiente di glucosio int Stechiometria: 2 Na+ 1 Glc Bloccante: florizina Altri esempi di trasporti attivi secondari Quesito del giorno Una cellula si trova immersa in una soluzione extracellulare contenente glucosio 10 mM. Trascorso un certo tempo la concentrazione di glucosio nel citoplasma sale a 50 mM. Secondo voi, perche’ cio’ prova che la membrana plasmatica di quella cellula dispone di un trasportatore attivo del glucosio? Come fareste a dimostrare sperimentalmente che tale trasportatore e’ Na+-dipendente (trasporto attivo secondario)? Mantenimento dei livelli di Ca2+ intracellulare • Il Ca2+ è coinvolto in molti processi cellulari • Il mantenimento di bassi livelli di Ca2+ intracellulare è critico for il normale funczionamento cellulare • La [Ca2+] extracellulare >>>> della [Ca2+] intracellulare • Le pompe del Ca2+ ATP-dipendenti della membrana plasmatica e del reticolo endoplasmatico pompano attivamente Ca2+ fuori dal citoplasma • Esiste anche uno scambiatore Na/Ca (T.A.II) che pompa attivamente Ca2+ fuori dalla cellula Concentrazioni ioniche intracellulari ed extracellulari Ione Intracellulare Extracellulare Na+ K+ Mg2+ Ca2+ H+ 5-15 mM 140 mM 0.5 mM 10-7 mM 10-7.2 M (pH 7.2) 145 mM 5 mM 1-2 mM 1-2 mM 10-7.4 M (pH 7.4) ClAnioni fissi 5-15 mM high 110 mM 0 mM La [intracellulare] è molto diversa dalla [extracellulare] I cationi sono bilanciati dagli anioni C:\Documents and Settings\Administrator\Documenti\Didattica\Univ British Columbia Biology 350 Bioenergetics.doc
