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scaricatoda www.sunhope.it Membrana citoplasmatica è sede di scambio di materia, energia e informazione con l‘ambiente esterno scaricatoda www.sunhope.it TRASPORTO: qualunque tipo di passaggio di sostanze attraverso la membrana cellulare. scaricatoda www.sunhope.it TRASPORTI NELLA MEMBRANA CELLULARE Trasporti in forma libera -Diffusione nella matrice fosfolipidica -Migrazione in canali membranali Trasporti Mediati -Diffusione facilitata -Trasporto attivo primario -Trasporto attivo secondario Passivi (equilibranti) Attivi (non equilibranti) scaricatoda www.sunhope.it scaricatoda www.sunhope.it Permeabilità delle membrane • Le membrane biologiche sono selettivamente permeabili: in genere permeabili a molecole idrofobe e di piccole dimensioni, impermeabili a quelle polari • Permeano le molecole di acqua (polari ma piccole), i gas (CO2, O2, N2), altre molecole piccole polari (glicerolo), molecole grandi apolari (idrocarburi) • Ioni, zuccheri, AA, etc. permeano grazie alle Proteine di trasporto (carrier e Proteine Canale) scaricatoda www.sunhope.it Sostanze liposolubili respiratori, vitamine ormoni steroidei, etc. come gas liposolubili, Acqua e sostanze idrosolubili a basso peso molecolare le cui particelle o sono dotate di carica elettrica netta o sono fortemente polari Sostanze idrosolubili a più alto peso molecolare scaricatoda www.sunhope.it scaricatoda www.sunhope.it TRASPORTI IN FORMA LIBERA Diffusione nella matrice lipidica 1. Ingresso della sostanza nella struttura lipidica Coefficiente di ripartizione K 2. Diffusione nello spessore della membrana Coefficiente di diffusione Dm P = Dm K scaricatoda www.sunhope.it ∆X Migrazione nei canali di membrana MIGRAZIONE ATTRAVERSO CANALI Glicoproteine integrali di membrana Dimensioni: diametro non maggiore di 8Å, quindi non si lasciano attraversare da composti organici come glucosio, amminoacidi…, ma lasciano passare acqua e molti ioni inorganici Passaggio delle sostanze può avvenire per diffusione libera o per diffusione ristretta -Selettività -Meccanismi attraverso cui è regolata la loro apertura-chiusura Canali passivi Canali attivi o ad accesso variabile: scaricatoda www.sunhope.it Canali voltaggio-dipendenti Canali ligando-dipendenti Ogni subunità consiste in una lunga sequenza di aminoacidi organizzata in domini, formati a loro volta da segmenti con struttura ad elica, che attraversano la membrana da parte a parte e sono uniti tra loro da anse estese sia sul versante extra che intracellulare. scaricatoda www.sunhope.it Passivi: sempre aperti, il flusso ionico è determinato dalla forza elettrochimica esistente tra i due versanti della membrana. Coinvolti nella genesi del potenziale di membrana. Ad accesso variabile: possiedono un meccanismo che ne regola l’apertura a seguito di stimoli specifici di natura elettrica (voltaggiodipendenti), chimica (ligando dipendenti) o meccanici. Responsabili dell’insorgenza di segnali elettrici nelle cellule eccitabili Canale sempre aperto scaricatoda www.sunhope.it Canale a cancello: solitamente chiusi si aprono in risposta ad un fattore specifico Apertura e chiusura dei canali ionici ad accesso variabile Canale chiuso Canale aperto L’apertura di alcuni canali può essere regolata dallo stato di fosforilazione di siti specifici ad opera di secondi scaricatoda www.sunhope.it messaggeri intracellulari. Canale chiuso Canale aperto I canali ionici ad accesso variabile possono trovarsi in tre distinti stati funzionali: aperti, chiusi od inattivati (refrattario) In risposta a stimoli specifici il canale passa rapidamente dallo stato chiuso a quello aperto. L’attivazione del canale non determina un flusso ionico continuo, ma l’insorgenza di una ripetizione di impulsi con caratteristiche tutto o nulla, di durata e frequenza variabile. scaricatoda www.sunhope.it Inattivazione Pur perdurando lo stimolo specifico che determina l’apertura del canale, il transito degli ioni è impedito. Dipendenza dal voltaggio: Il perdurare delle modificazioni del voltaggio causa un cambiamento conformazionale di una regione del canale (canale del Na+). Dipendenza dallo ione: Lo ione trasportato si lega al canale bloccandolo (canali del Ca2+). Dipendenza dalla defosforilazione Un canale dallo stato aperto può passare a quello chiuso o refrattario. Una volta inattivato torna allo stato aperto solo se passa attraverso lo stato chiuso. scaricatoda www.sunhope.it Selettività -in base alla carica, canali per anioni e canali per cationi -per i cationi maggiore selettività, Na+, K+, Ca2+ ipotesi del setaccio: P decresce con l‘aumentare del diametro dello ione fino a diventare nullo quando è superiore a 8Å. Nel valutare le dimensioni di uno ione in soluzione acquosa, si deve ricordare che trattandosi di una particella fortemente polare, attrae intorno a sé un guscio di molecole di acqua (guscio di solvatazione) che è tanto maggiore quanto maggiore è la forza con cui lo ione attrae le molecole di acqua. Al crescere del raggio anidro diminuisce lo spessore dell‘alone idrico, perchè le molecole di acqua sono trattenute tanto più debolmente quanto più lontane si trovano dal centro dello ione. Sulla base di ciò si è creato un modello di canale selettivo per K+. Filtro di selettività (densità delle cariche elettriche fisse disposte sulla parete interna dei canali): regione del canale in cui gli ioni si liberano del guscio di solvatazione e formano legami con residui di amminoacidi dotati di carica. Poichè la perdita dell‘acqua di solvatazione comporta una perdita di energia libera, lo ione passerà attraverso il canale solo se l‘energia acquisita dall‘interazione con il filtro di selettività, compenserà quella perduta con l‘acqua di solvatazione. Sulla base di ciò si è creato un modello di canale selettivo per Na+. scaricatoda www.sunhope.it Ione raggio anidro raggio idrato strato idrico Na+ 0.98 2.91 1.93 K+ 1.33 1.88 0.55 NH4+ 1.45 1.89 0.44 Cl- 1.80 1.92 0.12 A parità di carica, al crescere del raggio anidro diminuisce lo spessore dell’alone idrico; infatti, le molecole dell’acqua sono trattenute tanto più debolmente quanto più lontane si trovano dal centro dello ione. scaricatoda www.sunhope.it Diffusione attraverso membrane porose scaricatoda www.sunhope.it Selettività dei canali ionici I canali ionici possono avere elevata selettività per una determinata specie ionica o permettere il passaggio di diversi tipi di ioni (Na+, K+ e Ca2+). Gli ioni sono circondati da una corona di molecole di H2O (solvatazione), la cui dimensione è proporzionale alla concentrazione della carica elettrica ionica. Ione con raggio atomico piccolo maggiore concentrazione carica maggiore solvatazione Carica: Na+ = K+ Dimensioni (raggio atomico): Na+ < K+ Idratazione (raggio solvatazione): Na+ > K+ scaricatoda www.sunhope.it La selettività dipende da uno specifico filtro molecolare, costituito da residui aminoacidici polari (regione P), che stabiliscono legami labili con lo ione. Lo ione lascia una parte rilevante di molecole di H2O, si lega per un tempo brevissimo (< s) al sito specifico e attraversa il canale spinto dal gradiente elettrochimico. scaricatoda www.sunhope.it -La Permeabilità di una membrana cellulare ad un determinato ione dipende dalla relativa abbondanza dei canali ionici selettivi per quello ione -La forza del legame elettrostatico che si stabilisce tra ione e filtro di selettività è molto inferiore di quella che si stabilisce tra particella trasportata e sito attivo delle altre proteine di trasporto. Di conseguenza la durata del legame tra ione e canale è brevissima e per la maggior parte del tempo impiegato ad attraversare il canale, lo ione si trova in forma libera. Il ciclo operativo di un canale ionico è rapidissimo, 104-105 ioni/sec, contro 102 particelle/sec per gli altri trasportatori. scaricatoda www.sunhope.it Il movimento ottenuto per mezzo delle proteine carrier è detto TRASPORTO MEDIATO. Il trasporto mediato può essere passivo (Diffusione facilitata) o attivo (Trasporto attivo, primario e secondario). PROPRIETA’: -SPECIFICITA’ Ogni trasporto mediato è affidato ad un sistema che opera solo per una particolare sostanza o per un gruppo di sostanze simili. Es. il sistema di trasporto per gli AA è diverso da quello dei monosaccaridi -SATURAZIONE L’intensità del flusso non aumenta in modo proporzionale al ∆C (legge di Fick) ma, al crescere del gradiente tende asintoticamente ad un limite massimo. -COMPETIZIONE Quando due sostanze simili utilizzano lo stesso sistema di trasporto, il trasporto dell’una tende a inibire il trasporto dell’altra scaricatoda www.sunhope.it SATURAZIONE scaricatoda www.sunhope.it COMPETIZIONE scaricatoda www.sunhope.it Trasporti passivi: Diffusione facilitata L’ingresso di una sostanza nella cellula è consentito dalla presenza di un trasportatore (carrier): proteina che lega e libera la sostanza, esponendo alternativamente il sito di legame sui due lati della membrana. Per basse concentrazioni, la probabilità che il trasportatore carichi il substrato, prima di cambiare conformazione, è proporzionale alla concentrazione. Per alte concentrazioni, il flusso è limitato da un trasporto massimo, che dipende dal numero dei trasportatori e non dalla concentrazione. scaricatoda www.sunhope.it Per i processi diffusivi il flusso è proporzionale alla concentrazione, la cinetica è di primo ordine (esponenziale). Per trasporti mediati da carriers, il flusso presenta saturazione (trasporto massimo). Per basse concentrazioni del substrato, la cinetica è simile a quella diffusiva, anche se più lenta. Quando il trasporto è saturato, diventa di zero ordine, perchè il flusso non dipende più dalla concentrazione. scaricatoda www.sunhope.it Talvolta le molecole in competizione non vengono trasportate, ma ostacolano soltanto il trasporto di altri substrati, si parla allora di inibitori competitivi Nel sistema di trasporto del glucosio, il maltosio è un inibitore: compete con il glucosio per il sito di legame, ma una volta legato è troppo grande per essere trasportato attraverso la membrana scaricatoda www.sunhope.it UNIPORTO: se il sistema può trasportare un solo tipo di sostanza TRASPORTO ACCOPPIATO: se il sistema è capace di trasferire contemporaneamente due tipi di sostanza Co-trasporto (o simporto) Contro-trasporto (o antiporto) Il trasporto accoppiato non è un “uniporto poco selettivo” in cui la stessa proteina trasportatrice possa fungere da veicolo per particelle affini. Il trasferimento delle due sostanze diverse è obbligatorio, il trasporto dell’una non può avvenire senza l’altra. In genere almeno una delle particelle è uno ione, mentre l’altra può essere sia uno ione che una molecola organica. scaricatoda www.sunhope.it Modello del Carrier Mobile: Le molecole di trasportatore per potere fungere da veicoli all’interno della membrana cellulare devono avere la capacità di legarsi con la sostanza trasportata e muoversi, nello spessore della membrana, in accordo con le leggi della diffusione Applicabile solo per gli ionofori, oligopeptidi generalmente dotati di proprietà antibiotica, che aumentano fortemente la permeabilità ad alcune specie ioniche. Es. valinomicina che avvolge lo ione K+ schermandone la carica elettrica e forma un complesso liposolubile capace di diffondere nella tela fosfolipidica. scaricatoda www.sunhope.it Modello del flip-flop: scaricatoda www.sunhope.it Può spiegare anche i trasporti mediati attivi ammettendo che la proteina trasportatrice, traendo o energia direttamente indirettamente dal metabolismo cellulare, subisca una variazione conformazionale che faccia variare l’affinità dei suoi siti quando sono esposti verso l’uno o verso l’altro versante della membrana DIFFUSIONE FACILITATA - Secondo gradiente di concentrazione - No ATP (il processo non richiede energia) - Raggiunto l’equilibrio il processo si ferma - Trasporto mediato (specificità, saturazione, competizione) Es. trasporto del glucosio trasporto degli aminoacidi L’importanza funzionale della diffusione facilitata è rilevantissima, perché in sua assenza le più importanti molecole organiche di interesse vitale (nutritizie, metaboliche ed anche farmacologiche) non potrebbero attraversare la membrana con la velocità richiesta. scaricatoda www.sunhope.it Trasporto del glucosio Trasportatori di glucosio (Glu) espressi da tutte le cellule dell’organismo: GLUT1 – GLUT12 • Permettono il continuo flusso di Glu verso l’interno della cellula, dove la concentrazione è mantenuta bassa dalla trasformazione del Glu in Glicogeno • Nelle cellule epitaliali, che assorbono attivamente Glu (intestino, tubuli renali) permettono il deflusso del Glu dalla cellula verso l’interstizio e quindi il sangue Glucosioext + Permeasi Glucosio-Permeasi Permeasi + Glucosioint scaricatoda www.sunhope.it Glucosio-permeasi pM 45000d -Modello flip-flop -Affinità del sito di legame è uguale ai due lati -La direzione del trasporto dipende dal gradiente -Affinità nulla per il glucosio-6-fosfato -Trasporta anche altri zuccheri esosi (D-mannosio, D-galattosio) ma con affinità molto inferiore scaricatoda www.sunhope.it scaricatoda www.sunhope.it TRASPORTO ATTIVO -muove molecole attraverso la membrana citoplasmatica contro gradiente di concentrazione -non crea uno stato di equilibrio ma di dis-equilibrio rendendo la differenza di concentrazione più pronunciata (consente di creare exnovo un gradiente di concentrazione) -richiede rifornimento di energia dall’esterno che deriva dal legame fosfato ad alta energia dell’ATP -meccanismo del carrier flip-flop (ma i cambiamenti di conformazione richiedono rifornimento di energia dall’ATP) Data l’origine metabolica dell’energia che li sostiene, i trasporti attivi si estinguono rapidamente per effetto di una compromissione del metabolismo cellulare, come avviene ad esempio in carenza di ossigeno (anossia), per azione di veleni della respirazione cellulare come il cianuro o il dinitrofenolo, o per abbassamento della temperatura. scaricatoda www.sunhope.it Trasporto attivo primario : l’energia deriva dal legame fosfato dell’ATP interessa il trasferimento contro gradiente di ioni inorganici (Na+, K+) - pompe ioniche Trasporto attivo secondario: si usa l’energia potenziale accumulata dal gradiente di concentrazione creato dal trasporto attivo primario. (L’energia spesa dalla pompa ed accumulata in forma potenziale dal gradiente creato per uno ione, viene utilizzata per operare il trasferimento contro gradiente di una seconda molecola sfruttando la tendenza dello ione a riattraversare in senso retrogrado, secondo gradiente, la membrana) scaricatoda www.sunhope.it • ATPasi protoniche, trasportano H+ all’esterno della cellula 2+ • ATPasi per il Ca , mantengono basso il livello di Ca2+ intracellulare: Plasma Membrane Ca2+ ATPase (PMCA) Sarcoplasmatic-Endoplasmatic Reticulum Ca2+ATPase (SERCA) + + • ATPasi Na /K dipendente (pompa sodio-potassio), mantiene la differenza di concentrazione ionica tra interno ed esterno della cellula, coinvolta nella genesi del potenziale di membrana scaricatoda www.sunhope.it Pompa sodio-potassio Carrier ad antiporto che trasporta 3 Na+ fuori dalla cellula e 2 K+ dentro la cellula contro gradiente usando l’energia che deriva dall’idrolisi del legame ad alta energia dell’ATP. E‘ elettrogenica in quanto espellendo più cariche positive di quanto ne innietta tende ad innalzare il potenziale di membrana. L’ineguaglianza del trasporto Na/K ha un effetto osmotico, poichè escono un numero di particelle osmoticamente attive maggiori di quanto ne entrano. Ciò contribuisce a regolare la tonicità intracellulare. Infatti, il blocco della pompa, oltre ad altre alterazioni, porta al rigonfiamento ed infine alla lisi della cellula. La ouabaina è un inbitore specifico, impedisce il legame del K+ con il proprio sito bloccando sia l‘attività di trasporto che quella enzimatica della pompa scaricatoda www.sunhope.it Sequenza di eventi La pompa Na+-K+ è costituita da due subunità α, a ciascuna delle quali è associata una subunità β di natura glicoproteica. Le due subunità α possiedono rivolti verso la superficie citoplasmatica della membrana, siti di legame specifici per lo ione Na+ e per l‘ATP e, sulla superficie esterna della membrana siti specifici per K+ scaricatoda www.sunhope.it 1. Una molecola di ATP si lega all’ATPasi. Questa tappa crea siti ad alta affinità per tre ioni Na+ 2. L’ATP viene idrolizzato lasciando un gruppo fosfato attaccato al carrier e liberando ADP nel citoplasma 3. L’energia rilasciata dall’idrolisi del legame ad alta energia modifica la conformazione della proteina carrier in modo che il canale si apre verso l’esterno. L’affinità di legame per il Na+ diminuisce e gli ioni Na+ vengono rilasciati. In questa conformazione si ha una elevata affinità per K+ che si lega scaricatoda www.sunhope.it 4. Il legame del K+ determina il distacco del gruppo fosforico con conseguente cambiamento conformazionale che porta la proteina nella conformazione iniziale in cui l’affinità per il K+ è bassa. Conseguentemente il K+ viene rilasciato all’interno. Dal punto di vista energetico, la rilevante quantità di energia spesa dalla pompa Na+/K+ per trasferire i due ioni contro gradiente si ritrova in buona parte accumulata in forma potenziale negli elevati gradienti elettrochimici che essa crea a cavallo della membrana. L’importanza fisiologica del gradiente di concentrazione del sodio viene dal fatto che è una fonte di energia potenziale che la cellula può usare per altre funzioni: le cellule nervose per trasmettere segnali elettrici e le cellule epiteliali per la captazione di nutrienti scaricatoda www.sunhope.it POMPA Na+/ K+ OUABAINA Inibitore scaricatoda www.sunhope.it scaricatoda www.sunhope.it scaricatoda www.sunhope.it Pompa del Calcio Ha carattere di uniporto È una ATPasi Ca-dipendente detta anche Ca/Mg-ATPasi È presente sia nella membrana plasmatica (PMCA) che nella membrana del reticolo endoplasmatico (SERCA) e dei mitocondri Trasferisce contro gradiente ioni calcio dal citoplasma sia all’esterno della cellula che all’interno degli organuli in modo da mantenere la concentrazione citosolica di questo ione bassa (100 nM) rispetto al LEC (2 mM). Infatti, il calcio quando si trova nel citosol può stimolare vari processi come l’attivazione di molti enzimi e dell’apparato contrattile. scaricatoda www.sunhope.it scaricatoda www.sunhope.it Ca2+ pump mechanism scaricatoda www.sunhope.it Pompa di scambio H+/K+, pompa protonica -contro-trasporto primario che trasferisce ioni K+ verso l’interno della cellula in scambio con H+ espulsi all’esterno -Questa ATPasi H/K-dipendente è localizzata nelle cellule ossintiche (o parietali) delle ghiandole gastriche. Durante la digestione gastrica, essa provvede ad immettere nel citoplasma delle cellule ossintiche ioni K (presenti nel contenuto dello stomaco) in scambio con ioni H che conferiscono acidità al succo gastrico. L’efficienza del processo è tale che il pH può scendere anche fino ad 1. scaricatoda www.sunhope.it TRASPORTO ATTIVO SECONDARIO Consente di trasferire attraverso la membrana, contro-gradiente, molecole anche complesse, utilizzando come fonte di energia il passaggio transmembranale secondogradiente di uno ione che funge da “motore” per il trasporto stesso. La sua dipendenza (indiretta) dell’attività di una pompa ionica è dimostrata dal fatto che esso viene bloccato da tutte le condizioni che bloccano la produzione di ATP come i veleni della respirazione cellulare, cianuro e dinitrofenolo. Molti di questi trasporti utilizzano quale ione + “motore” il Na , che è spinto ad entrare nella cellula dall’elevato gradiente mantenuto dalla costante attività della pompa Na+/K+ scaricatoda www.sunhope.it Trasporto Attivo mediato e accoppiato 1. Co-trasporto e controtrasporto 2. Ione motore scaricatoda www.sunhope.it 1 Co-trasporto e contro-trasporto scaricatoda www.sunhope.it 2 Ione Motore Na+ dipendente scaricatoda www.sunhope.it Non Na+ dipendente Principali trasportatori Na+-dipendenti Trasportatori per simporto Trasportatori per antiporto Na+/glucosio Na+/ H+ Na+/amminoacidi Na+/Ca2+ Na+/Sali biliari (intestino tenue) Na+/captazione colina (cellule nervose) Na+/captazione neurotrasmettitori (cellule nervose) Na+-K+-2Cl- (NKCC) scaricatoda www.sunhope.it scaricatoda www.sunhope.it Simporto Na+ Glucosio Le proteine che operano questo trasporto sono denominate SGLT. Sono presenti principalmente nella membrana delle cellule assorbenti dell’intestino tenue ove presiedono all’ingresso nella cellula del glucosio alimentare. Analogamente sono molto presenti nelle cellule epiteliali dei tubuli contorti prossimali del rene, ove consentono il recupero della rilevante quantità di glucosio filtrato dai glomeruli (nell’uomo circa 180g/24h) che non deve essere perduto con l’urina. scaricatoda www.sunhope.it scaricatoda www.sunhope.it Cotrasporto sodio-glucosio Questo trasporto è un esempio di trasporto attivo secondario in cui l’energia potenziale accumulata nel gradiente di concentrazione dell’Na+ viene usata per spostare il glucosio contro il suo gradiente di concentrazione 1. Quando il carrier è aperto sul versante del liquido extracellulare, ha un sito di legame ad alta affinità per l’Na+ e uno a bassa affinità per il glucosio 2. Quando l’Na+ si lega al carrier, il sito di legame per il glucosio diventa ad alta affinità e lega il glucosio 3. Il legame di entrambi i substrati determina il cambiamento di conformazione del carrier che si apre verso il citoplasma scaricatoda www.sunhope.it 4. L’Na+ viene rilasciato nel citoplasma dove la sua concentrazione è bassa. Il rilascio dell’Na+ riporta la conformazione del sito di legame per il glucosio alla forma di bassa affinità in modo che anche il glucosio viene rilasciato. scaricatoda www.sunhope.it Simporto Na+ Aminoacidi Le proteine di questo simporto, oltre che nei microvilli del polo luminale delle cellule assorbenti degli epiteli intestinale e dei tubuli renali, operano in tutte le cellule di tutti i tessuti ove alimentano, insieme alla diffusione facilitata, la sintesi di tutte le proteine. scaricatoda www.sunhope.it Co-trasporto Cl-/ K+ e Contro-trasporto Cl-/ HCO3- Secrezione dell’HCl da parte delle cellule ossintiche delle ghiandole gastriche. Gli secreti provengono dalla dissociazione dell’acido carbonico. La pompa H+/K+ agisce di concerto con il contro trasporto Cl-/HCO3- che opera nella membrana baso-laterale e trasferisce ioni Clall’interno delle cellule; e il simporto K+/Cl- che opera alla membrana luminale e fornisce al secreto gli ioni necessari per la formazione dell’HCl. Considerando anche l’azione della pompa Na+/K+ che pure opera alla membrana basale, il risultato di questi trasporti è un flusso netto di HCl in uscita al lato luminale della cellula ossintica ed un flusso netto, pure in uscita ma al lato baso-laterale, di NaHCO3. scaricatoda www.sunhope.it H+ Il contro trasporto HCO3-/Cl- è tipicamente reversibile per cui opera ugualmente bene sia “in ingresso” che “in uscita” dalle cellule. Questa reversibilità è particolarmente evidente nella fondamentale funzione che esso svolge nel trasporto dei gas respiratori affidato ai globuli rossi, nota come fenomeno di Hamburger o passaggio dei cloruri. scaricatoda www.sunhope.it scaricatoda www.sunhope.it ALTRI TIPI DI TRASPORTI IONICI ACCOPPIATI Contro trasporto Na+/H+: partecipa alla regolazione dell’equilibrio acido-base ed osmo-volumetrico di tutte le cellule. Provvede all’espulsione nel LEC dell’eccesso di ioni H+, liberati nel citoplasma dalle deidrogenazioni dei substrati, in scambio con l’ingresso di ioni Na+, che contribuiscono al mantenimento della tonicità cellulare. Contro trasporto 3Na+/2Ca2+: gli ioni Na+ vengono spinti dal proprio gradiente elettrochimico ad attraversare la membrana in entrata, ciò determina il trasferimento in uscita di ioni Ca2+ . Simporto Na+/K+/2Cl-: consente l’entrata congiunta degli ioni Cl-, Na+ e K+. scaricatoda www.sunhope.it Scambiatore Na+/Ca2+ Superficie citoplasmatica: lo scambiatore carica il Ca2+ nonostante la bassa concentrazione, a causa della grande affinità. Superficie extracellulare: lo scambiatore carica il Na+ nonostante la bassa affinità, a causa dell’alta concentrazione. scaricatoda www.sunhope.it La transizione conformazionale comporta aumento di affinità per il Na+ e diminuzione di affinità per il Ca2+ Superficie citoplasmatica: lo scambiatore libera il Na+, nonostante la maggiore affinità, a causa della bassa concentrazione Superficie extracellulare: lo scambiatore libera il Ca2+ nonostante l’alta concentrazione, a causa della bassa affinità. SUMMARY… scaricatoda www.sunhope.it TRASPORTO TRANSEPITELIALE Le molecole che passano attraverso un epitelio devono attraversare due membrane cellulari: una prima membrana quando entrano nella cellula epiteliale, e una seconda quando lasciano la cellula epiteliale per entrare nel liquido extracellulare Gli epiteli di trasporto dell’intestino e del rene sono specializzati nel trasporto di molecole Le cellule degli epiteli di trasporto sono polarizzate e presentano una membrana apicale che si affaccia verso il lume dell’organo rivestito dall’epitelio e una membrana basolaterale che si affaccia verso il liquido extracellulare. Queste due superfici presentano proteine differenti e, di conseguenza, possiedono differenti proprietà di trasporto. scaricatoda www.sunhope.it La polarizzazione di queste cellule permette il trasporto direzionale di materiale dal lume verso il liquido extracellulare o dal liquido extracellulare verso il lume. Trasporto transepiteliale del glucosio dal lume del tubulo renale o dell’intestino al liquido extracellulare Il glucosio entra nella cellula dal versante apicale utilizzando il simporto Na+-glucosio scaricatoda www.sunhope.it L’Na+ viene pompato fuori dalla cellula sul versante basolaterale dalla pompa Na+-K+ utilizzando l’energia dell’ATP, mentre il glucosio diffonde verso l’esterno per mezzo di un carrier per la diffusione facilitata apicale del La captazione glucosio dipende dall’energia accumulata nel gradiente del sodio. Se la pompa Na+-K+ smette di funzionare, il sodio entrato nella cellula non viene pompato all’esterno, il gradiente del sodio non è più presente e la captazione del glucosio si arresta. scaricatoda www.sunhope.it TRASPORTI TRANSMEMBRANALI MEDIATI DA VESCICOLE La maggior parte delle macromolecole è troppo grande per attraversare la membrana tramite le proteine carrier, esse si muovono dentro e fuori la cellula con l’aiuto di vescicole. Il processo ha carattere attivo, richiede dispendio energetico da parte della cellula Fagocitosi Endocitosi Esocitosi scaricatoda www.sunhope.it endocitosi recettore mediata pinocitosi scaricatoda www.sunhope.it FAGOCITOSI E’ il processo con cui una cellula avvolge una particella in una vescicola. Nell’uomo questo processo è limitato a determinati globuli bianchi, i fagociti, cellule che riescono ad inglobare macromolecole e corpuscoli di grosse dimensioni, come batteri e frammenti di cellule danneggiate La fagocitosi richiede l’energia dell’ATP per il movimento del citoscheletro e per il trasporto intracellulare della vescicola scaricatoda www.sunhope.it scaricatoda www.sunhope.it ENDOCITOSI - Differisce dalla fagocitosi in quanto la superficie della membrana forma un incavo piuttosto che protrudere all’esterno - E’ un processo attivo che richiede energia dall’ATP - Non coinvolge il citoscheletro come nella fagocitosi - Può essere non selettiva permettendo al liquido extracellulare di entrare nella cellula (pinocitosi) - Può essere altamente selettiva permettendo solo a molecole specifiche di entrare nella cellula (endocitosi recettore-mediata) scaricatoda www.sunhope.it Pinocitosi scaricatoda www.sunhope.it Endocitosi recettore-mediata 1. I recettori proteici sulla membrana cellulare si legano al loro ligando specifico 2. Il complesso recettore-ligando migra verso una regione definita “fossetta rivestita” 3. La fossetta rivestita si invagina per creare una piccola vescicola rivestita da membrana 4. La vescicola si separa dalla membrana . La proteina di rivestimento si separa dalla vescicola e ritorna verso la membrana cellulare 5. La vescicola si sposta nella cellula e il recettore e il ligando si separano formando due vescicole distinte 6. Le vescicole contenenti i ligandi si muovono verso il citoplasma dove possono essere processate dai lisosomi o dall’apparato di Golgi 7. Le vescicole secretorie con i recettori tornano verso la membrana cellulare e si fondono con essa 8. La regione di fusione si apre e la membrana della vescicola diviene di nuovo parte della membrana cellulare scaricatoda www.sunhope.it Con questo meccanismo vengono trasportate una varietà di sostanze, tra cui ormoni proteici, fattori di crescita e proteine plasmatiche che funzionano da carrier per il ferro e il colesterolo. scaricatoda www.sunhope.it Esocitosi • Serve all’ espulsione di prodotti di scarto o alla secrezione di ormoni • La membrana della vescicola secretoria si fonde con la membrana plasmatica rilasciando il contenuto all’ esterno scaricatoda www.sunhope.it ESOCITOSI - E’ il modo con cui le cellule secernono grosse molecole - Richiede energia in forma di ATP - Ormoni e neurotrasmettitori attraversano la membrana con questo meccanismo -La tappa iniziale è la fusione delle vescicole secretorie con la membrana cellulare, processo che viene innescato da un aumento di calcio intracellulare - Coinvolge due famiglie di proteine Rab, che aiutano le vescicole ad aderire alla membrana, e SNARE, che facilitano la fusione delle membrane. scaricatoda www.sunhope.it scaricatoda www.sunhope.it
