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
