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Membrana citoplasmatica è sede di scambio di
materia, energia e informazione con l‘ambiente
esterno
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TRASPORTO: qualunque tipo di passaggio di
sostanze attraverso la membrana cellulare.
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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)
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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)
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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
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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
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∆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:
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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.
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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
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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
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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.
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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.
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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+.
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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.
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Diffusione attraverso membrane porose
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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+
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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.
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-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.
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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
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SATURAZIONE
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COMPETIZIONE
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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Modello del flip-flop:
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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.
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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
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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
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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.
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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)
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• 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
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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
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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+
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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
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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
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POMPA Na+/ K+
OUABAINA
Inibitore
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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.
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Ca2+ pump mechanism
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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.
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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+
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Trasporto Attivo mediato e accoppiato
1. Co-trasporto e controtrasporto
2. Ione motore
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1 Co-trasporto e contro-trasporto
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2 Ione Motore
Na+ dipendente
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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)
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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+.
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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.
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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…
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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.
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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
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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.
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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
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endocitosi recettore mediata
pinocitosi
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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
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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)
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Pinocitosi
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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
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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.
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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
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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.
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