Trasporti di Membrana PDF

Trasporti di membrana I trasportatori vengono suddivisi in base a due criteri: 1. In riferimento allo stato della particella che attraversa la membrana 2. Secondo l’origine dell’energia che sostiene il moto delle particelle attraverso la membrana Classificazione dei trasporti Le proteine si dividono...

Trasporti di membrana I trasportatori vengono suddivisi in base a due criteri: 1. In riferimento allo stato della particella che attraversa la membrana 2. Secondo l’origine dell’energia che sostiene il moto delle particelle attraverso la membrana Classificazione dei trasporti Le proteine si dividono in canale e carryer che consentono il trasporto di particelle che altrimenti non passerebbero e differiscono nel funzionamento (importante dice). Le proteine canale si aprono e si chiudono, quando è aperto la particella che usa il canale passa perché il canale mette in comunicazione diretta i due ambienti uno extracellulare e uno citoplasmatico. Le proteine carryer o vettori hanno piu siti di legami per la particella che devono trasportare ciò vale a dire che la particella si deve legare alla proteina carryer e a seguito del legame con la particella cambia conformazione per rilasciare la particella dal versante opposto. Le proteine carryer sono numerate e ciò va a influenzare la velocità di trasporto delle particelle questo perché, se i siti di legami sono saturi allora le particelle che devono passare dovranno aspettare che si liberino i siti di legame quindi la relazione tra flusso e concentrazione delle particelle non è lineare perché il transito di particelle va facilmente incontro a saturazione. Per le proteine canale invece il flusso cresce linearmente al crescere del gradiente elettrico o concentrazione. La differenza principale tra proteine canale e proteine carryer è che le proteine canale non hanno un sito di legame. Classificazione dei trasporti in base al secondo criterio In base alla fonte dell’energia che sostiene il movimento distinguiamo in trasporti passivi, che utilizzano l’energia potenziale accumulata nel gradiente di concentrazione elettrochimico e parliamo di proteine carryer, e i trasporti attivi, che hanno bisogno di utilizzare una fonte esterna di energia che la cellula fornisce sottoforma di ATP perché gli attivi trasportano contro gradiente di concentrazione o elettrochimico. I trasporti passivi, quindi, sono quei trasporti in cui la cellula NON fornisce alla particella che attraversano la membrana energia perché si muovono secondo gradiente e vengono definiti spontanei ed equilibranti perché le particelle tendono a distribuirsi in linea teorica uniformemente nei due versanti separati dalla membrana I trasporti attivi sono quei fenomeni di trasporti in cui la cellula spende energia metabolica per far avvenire il passaggio attraverso la membrana in quanto vanno contro gradiente e vengono definiti disequilibranti perché le particelle vengono accumulate da un lato della membrana rispetto all’altro grazie ai trasporti attivi sono creati i gradienti di concentrazione che vengono dagli stessi trasporti mantenuti. Diffusione semplice Primo criterio: trasporto in forma libera, molecole apolari o scarsamente polari non cariche Secondo criterio: trasporto passivo, secondo gradiente di concentrazione Prima fase: Ingresso particelle nel Bilayer lipidico: questa fase sarà tanto più facile quanto maggiore è il coefficiente di ripartizione olio/acqua della particella (liposolubilità). Seconda fase: Diffusione particelle nello spessore del bilayer lipidico fino a superarlo: questa fase dipende dalla mobilità (temperatura e dimensione) delle particelle. La quantità di soluto che diffonde nell’unità di tempo è regolamentata dalla 1° legge di Fick con l’inclusione del coefficiente di permeabilità quindi: Fi=P(C1-C2) Diffusione non ionica Inizia come diffusione semplice ma non ha tutte le caratteristiche della diffusione semplice e infatti riguarda delle particelle che sono in grado di superare la membrana perché liposolubili attraverso la diffusione semplice ma dall’altra parte della membrana queste particelle trovano un ambiente diverso per quanto riguarda il pH e un ambiente che ha una variazione di pH puo’ determinare in alcune particelle un cambiamento di stato ed è ciò che succede nella diffusione non ionica: una particella liposolubile per diffusione semplice passa il bilayer lipidico e appena lo sorpassa cambia perdendo le caratteristiche per poter passare la membrana per esempio ottenendo una carica o diventando idrofile. Esempio è l’ammoniaca NH3 prodotto del metabolismo degli a.a. nel citoplasma delle cellule dei tubuli renali, attraversa come molecola neutra liposolubile la membrana luminale di tali cellule per trovarsi in una soluzione acida nel lume del tubulo renale in cui guadagna un protone, diventa ione ammonio, che non può attraversare la membrana in quanto dotata di carica elettrica. Migrazione attraverso canali Sono due le tipologie di canali che sono canali idrici e ionici. I canali idrici si chiamano acquaporine (pori per l’acqua) l’acqua per una piccolissima parte passa le membrane la restante si sposta attraverso le acquaporine e ce ne sono di tanti tipi alcune sono ubiquitarie e altre sono tessuto specifiche, altre possono non essere presenti nella membrana plasmatica di una cellula ma sotto stimolazione possono traslocare (quindi esser prodotte e trasportate nella membrana). Quindi abbiamo un trasporto passivo dell’acqua attraverso questi canali idrici che si sposta secondo l’osmosi. Queste acquaporine possono essere specifiche per l’acqua o far passare anche piccoli soluti neutri come il CO2 (che normalmente passa per diffusione semplice) urea, glicerolo (acquagliceroporine se fanno passare anche altre piccoli soluti). L’acquaporina è formata da un’unica catena polipeptidica che presenta l’estremità carbossiterminale e amminoterminale entrambe rivolte verso l’interno della cellula. Ha 6 alfa eliche di attraversamento attraverso il bilayer lipidico (ricorda che le alfa eliche permettono di stare in ambienti lipofili) e sono collegate tra loro da delle anse extracellulari e intracellulari e sono parte della catena polipeptidica ma senza una struttura secondaria ordinata (non sono alfa eliche o beta foglietti) e queste anse rappresentano siti di glicosilazione ma anche fosforilazione. Quando questa catena assume la sua struttura terziaria la proteina si ripiega formando un canale, cioè una struttura che delimita un poro centrale da dove passa l’acqua e piccoli soluti. All’inizio si pensava che il poro dell’acquaporina fosse quello delimitato dalle alfa eliche di attraversamento tuttavia non poteva essere perché questo poro è stato visto avere un diametro troppo grande per selezionare molecole di acqua e piccole come l’acqua quindi l’introduzione di tecniche piu avanzate ha consentito di approfondire lo studio di queste acquaporine svelando la presenza di due motivi NPA (n= asparagina, P=prolina, A=alanina) questi due motivi si posizionano a delimitare un poro che è molto piccolo piu piccolo di quello delle alfa eliche di attraversamento ed è quello il poro che fa passare H2O e molecole piccole come l’acqua. Le acquaporine avendo siti di glicosilazione e fosforilazione possono però essere modulate nella loro funzione di farsi attraversare e possono andare incontro a cambi di conformazione che determinano all’impedimento dell’attraversamento del canale. La quantità di acqua può essere quindi modulata modificando il numero delle acquaporine presenti in membrana (ci sono acquaporine che non ci sono ma che traslocano sotto stimolazione), cambiando la permeabilità. Nella membrana plasmatica queste acquaporine non si trovano come monomeri ma si trovano in tetrameri formando aggregati di quattro molecole ognuna delle quali svolge le sue funzioni di trasporto dell’acqua Canali ionici Altri canali che abbiamo nella nostra e membrana sono i canali ionici che permettono il passaggio secondo gradiente elettrochimico quindi trasporto passivo degli ioni. Il trasporto è aiutato da proteine transmembrana con le quali gli ioni stabiliscono interazioni elettrostatiche. Il flusso degli ioni che attraversano un canale, in funzione delle forze che agiscono sugli ioni stessi ai quali il canale è permeabile, è identificato come conduttanza del canale. Per quanto riguarda gli ioni quindi parliamo di gradiente elettrochimico. Il canale ionico può avere diversa conduttanza in base alle forze che agiscono sugli ioni per farlo passare. Nello specifico se gli ioni devono passare per un canale secondo gradiente la conduttanza risulta maggiore rispetto a degli ioni che devono passare contro gradiente. Perché gli ioni, pur essendo particelle molto piccole, non riescono a passare il bilayer lipidico? È necessario considerare che attorno agli ioni in soluzione si forma una nuvola di molecole d’acqua, legata elettrostaticamente, detta acqua di idratazione o anello di solvatazione inversamente proporzionale alla dimensione dello ione: quanto più lo ione è piccolo tanto più è concentrata la sua carica generando un campo elettrico più forte e aumentando così il suo stato di solvatazione Lo ione, quindi, non è libero di diffondere nei bilayer lipidici per la presenza dell’anello di solvatazione che essendo formato da molecole di acqua(polari) non possono diffondere per il bilayer lipidico (apolare) e per questo motivo si servono di canali ionici. Proprietà dei canali ionici 1. STRUTTURA Le cellule dei mammiferi e quindi anche le nostre sono capaci di esprimere una gran varietà di canali ionici, che vengono classificati in super famiglie in base alle caratteristiche strutturali. Le tre super famiglie principali sono rappresentate da: - - - Etero-oligomeri: proteina canale di struttura quaternaria perché composta da più catene polipeptidiche diverse, anche se sono poche 5-6. Le differenti catene peptidiche che formano questo tipo di canale prendono il nome di subunità. Omo-oligomeri: proteina canale di struttura quaternaria formata da subunità IDENTICHE unica catena polipeptidica: si fermano alla struttura terziaria, cioè sono date da una sola catena polipeptidica che si ripiega e i punti della catena che attraversano la membrana a formare il poro sono ripiegati ad alfa elica (ricorda che alfa elica è struttura ottimale per attraversare la membrana) 2. SELETTIVITÀ Capacità del canale ionico di andare a selezionare le specie ioniche che possono attraversarlo. Questa capacità del canale risiede nella parte di struttura che va a delimitare il poro centrale, dove è localizzato il cosiddetto filtro di selettività. Possiamo distinguere: - - molto selettivi = permeabili ad una sola specie ionica. Ex. Canali permeabili solo a Na o a K. poco selettivi = operano una semplice distinzione tra anioni e cationi, ma non distinguono tra anioni e tra cationi. (Fanno passare o solo cationi o solo anioni) In cosa consiste il filtro di selettività? Proteina canale tagliata longitudinalmente Nella parete di questo poro è localizzato il filtro = la capacità dello ione di operare una selezione. A livello del filtro troviamo le cariche fisse, disposte sulla parete del poro formato dalla proteina. Queste cariche fisse sono rappresentate dai gruppi R carichi positivamente o negativamente degli aa che compongono la proteina. Con l’acquisizione della struttura terziaria o quaternaria la proteina canale va a disporre i gruppi R internamente al poro determinando una selettività. Se nel filtro abbiamo R negativi allora il canale è cationico perché attrarrà i cationi; se invece gli R sono caricati positivamente allora il canale sarà anionico. Come fanno i canali ionici ad essere molto o poco selettivi? La selezione si ha in base al segno della carica fissa presente nel filtro. Per essere un canale molto selettivo però questo non basta: non è sufficiente a distinguere tra cationi e tra anioni. Ex. Na e K - sono entrambi due cationi, quindi va da sé che nel canale selettivo per uno dei due ci saranno cariche negative. Le dimensioni dei due atomi non sono uguali: lo ione potassio ha dimensioni maggiori rispetto al sodio. Questo comporta che l’acqua si dispone intorno a ioni di diversa dimensione formando un anello di solvatazione di diversa dimensione: K avrà un anello di solvatazione piccolo; Na che è piccolo sarà in grado di attrarre un maggior numero di molecole d’acqua a formare un anello di solvatazione spesso. Ma cosa c’entra l’anello di solvatazione? Lo ione quando passa nel canale deve spogliarsi dell’acqua che lo riveste e diventare anidro. Ovviamente uno ione piccolo e con un grande anello di solvatazione richiederà al canale una maggiore forza per poter neutralizzare la forza con cui quel piccolo ione attrae tutta l’acqua. La forza per spogliare lo ione dall’anello di solvatazione e rappresentata dalla densità (=numero/quantità) delle cariche fisse presenti nel filtro di selettività. Quindi un canale ionico selettivo solo per Na a livello del filtro di selettività dovrà avere cariche f isse negative e queste dovranno avere alta densità per poter togliere dallo ione l’anello di solvatazione. Una volta che lo ione e nudo il diametro del canale avrà dimensioni adeguate a far passare lo ione in questione. Quindi, le caratteristiche che rendono un canale ionico molto selettivo sono in totale 3: 1 - tipo di carica: lo abbiamo anche nei poco selettivi per la distinzione generale tra anioni e cationi. 2 - densità di carica: le cariche devono essere presenti in quantità tale da poter spogliare gli ioni dal loro anello di solvatazione, che cambia a seconda delle dimensioni dello ione. 3 - dimensione del poro - diametro che possa far passare solo un tipo particolare di ione. Domanda: perché il canale per il K+ che ha un diametro del poro grande non riesce a far passare uno ione Na+ che è molto più piccolo? Perché non riesce a spogliarlo: nonostante il diametro del poro del canale potrebbe andare bene per lo ione, non ha la densità tale da spogliarlo e quindi lo ione comunque non passa. I canali ionici poco selettivi devono presentare a livello del filtro di selettività la carica opposta a quella degli ioni che dovranno attraversarlo, ma dovranno anche avere un diametro del poro tale da far passare tutti i cationi o tutti gli anioni. 3. GATING Meccanismo di apertura del canale. In base alla presenza o meno di un meccanismo distinguiamo i canali tra: - costitutivamente aperti (non gated o di leakage): non hanno cancelli, sono sempre aperti. Sono anche definiti come di leakage, cioè di fuga, perché grazie a loro le cariche scappano seguendo il gradiente elettrochimico. Questi canali sono ALTAMENTE SELETTIVI. Nella membrana sono presenti canali altamente selettivi costitutivamente aperti in particolare per Na e K. Questi canali sono quelli che conferiscono alla membrana plasmatica la permeabilità per gli ioni. La permeabilità di base della membrana agli ioni e data dalla presenza di questi canali ionici costitutivamente aperti. NB La membrana è più permeabile al K che a Na perché ha più canali aperti per K piuttosto che per Na. - canali ionici ad apertura regolata: hanno gates che in assenza di stimolo specifico sono chiusi e non consentono il passaggio di ioni. Si aprono quando lo stimolo si presenta. Esistono almeno tre tipologie di stimoli che influenzano l’apertura di canali ionici: - - - canali regolati dallo stimolo del voltaggio: canali regolati dal legame con una particella definita genericamente come ligando canali sensibili a stimolo meccanico. 1. canali sensibili a uno stimolo elettrico, al voltaggio. Ai due versanti della membrana plasmatica sono addossate cariche di segno opposto: in particolare abbiamo cariche negative sul versante citoplasmatico e positive su quello esterno. Le cellule hanno quindi un potenziale di membrana a riposo dato proprio dalla differenza di cariche tra i due lati di membrana. Quando il potenziale di membrana a riposo cambia, canali sensibili alla variazione del voltaggio possono andare incontro a un cambio conformazionale che li rende aperti. Il canale ionico sensibile alla variazione di voltaggio prende il nome di canali ionici voltaggio dipendente. La variazione di voltaggio quando si presenta comporta un cambio di conformazione nel canale, che risulta aperto. Per accorgersi del cambiamento queste proteine canale avranno per sentire lo stimolo elettrico delle cariche: se la catena ha delle cariche e il voltaggio cambia, queste cariche risentiranno del cambiamento e la proteina cambierà conformazione. È la struttura del canale che rende il canale stesso sensibile alla differenza di voltaggio. 2. Canali ligando dipendenti Questo lo vediamo sia nel disegno a sinistra che in quello a destra: ci sono due canali chiusi che in seguito al legame con il Ligando cambiano conformazione e si aprono. Quando il ligando si distacca il canale si richiude. Nell’immagine notiamo come si specificati il canale regolato da un ligando extracellulare o intracellulare. Dov’è la differenza? Il ligando extracellulare è in genere una molecola segnale chiamata neurotrasmettitore. Questa molecola segnale viene rilasciata da una cellula vicina e ricevuta da un’altra. I canali ionici capaci di legare ligando extracellulare vengono anche chiamati recettori canale, perché essi nella porzione sul versante extracellulare presentano siti di legame, con i quali il canale riconosce, riceve il ligando e riesce a legarlo. Quando invece il ligando che modula l’apertura del canale proviene dal citoplasma, questi canali vengono semplicemente definiti canali ionici ligando dipendenti e NON canali recettori. Ex. Molecole segnale potrebbero essere ATP, gruppo fosfato, ioni. 3. apertura regolata meccanicamente Infine, abbiamo il terzo stimolo di apertura, rappresentato dallo stimolo meccanico. Esistono canali ionici ad essi sensibili. Uno stimolo meccanico potrebbe essere l’allungamento delle fibrocellule muscolari, in particolare di quelle lisce. Un allungamento della membrana plasmatica di una fibrocellula muscolare liscia può determinare l’apertura di canali ove presenti. Ma come fa il canale a sentire che la membrana di e allungata, deformata? Questa sensibilità del canale meccano-dipendente è data dal fatto che la porzione citosolica della proteina canale e collegata da filamenti citoscheletrici di actina alla membrana plasmatica. Sotto la membrana c’è il cito scheletro corticale dato principalmente da microfilamenti di actina; questi microfilamenti possono collegare la parte citosolica della proteina transmembrana alla membrana plasmatica. Così quando la membrana viene allungata, i filamenti citoscheletrici si tendono, agiscono anche sui canali che si aprono. Quando la tensione passa i canali si richiudono. 4. REFRATTARIETÀ Esiste un ulteriore stato, oltre a quello chiuso o aperto di un canale: quello refrattario. L’immagine ci mostra un canale ionico voltaggio dipendente. Ne abbiamo già visto il funzionamento per aperto/chiuso. Lo stato refrattario insorge dopo che il canale è stato aperto per stimolo specifico a causa della persistenza dello stimolo. Quando lo stimolo che apre il canale persiste nel tempo, allora il canale ionico cambia la sua conformazione diventando refrattario al passaggio degli ioni. È simile allo stato chiuso, ma in questo caso il canale è chiuso nonostante presenza dello stimolo. Lo stato chiuso invece si ha in ASSENZA dello stimolo. Questo stato è una sorta di difesa del canale che impedisce un ulteriore passaggio degli ioni. La refrattarietà è una proprietà sola dei canali ad apertura regolata (ma non di tutti). Questo stato refrattario prende un nome diverso a seconda che siamo in ⁃ ⁃ canali voltaggio dipendenti —> canale inattivato canali ligando dipendenti —> canale desensibilizzato/desensitizzazione Inattivazione del voltaggio dipendente: Segui la freccia dall’alto in basso a dx. Quando il voltaggio a riposo cambia, il canale sensibile allo stimolo si apre. Se lo stimolo persiste nel tempo il canale va incontro ad un ulteriore cambio di conformazione che determina la chiusura del poro. Il canale è così inattivato. Passa per tre Stati: aperto quando c’è lo stimolo, chiuso quando NON c’è stimolo, inattivato quando lo stimolo persiste. Da inattivato torna a chiuso. Desensitizzazione (refrattarietà dei ligando-dipendenti): Quando la C del ligando in ambiente extracellulare aumenta allora il canale passa allo stato desensitizzato, refrattario e si chiude. Quando la C del ligando nello spazio extracellulare si riduce il canale passa di nuovo allo stato chiuso. Non tutti i canali ionici hanno questo stato refrattario. Tecnica del patch clamp I canali ionici vengono molto studiati perché la loro attività, soprattutto nel caso di quelli ad apertura regolata, è importante nel funzionamento della cellula. Esiste una tecnica elettrofisiologica chiamata tecnica del patch-clamp che si usa per lo studio dell’attività elettrica delle cellule, studio nel quale rientra anche l’attività dei canali ionici che rendono possibile tale attività elettrica. Questa tecnica vede l’uso di un microscopio con videocamera collegata ad un monitor dove è stato installato un software capace di rilevare l’attività elettrica della cellula normalmente e quando stimolata. con una pipetta di vetro molto sottile che funge da elettrodo si tocca la membrana e si ha il sigillo (contatto tra membrana e pipetta) e da qui si possono avere diverse configurazioni: Una e quella di rompere la membrana a livello della punta della pipetta (basta fare piccola suzione con la bocca). Quando la membrana si rompe il liquido presente nella pipetta entra nel citosol, c’è una diffusione e il liquidò della pipetta diventa un tutt’uno con il citoplasma. Si può anche strappare un frammento di membrana con la pipetta dove ci può essere un solo canale, così poi si può studiare quel canale. Nell’ultima immagine vediamo che si è strappato un pezzo di membrana e per capire che frazione di membrana è stata prelevata si espone la porzione alla molecola segnale e si vede l’attività. È importante studiare l’attività dei canali perché il loro malfunzionamento determina patologie. Patologie dei canali ionici Mutazioni puntiformi nei geni che codificano i canali ionici di membrana possono determinare il cambiamento o la delezione anche di un singolo aminoacido che forma la proteina canale, andando a incidere in maniera rilevante sulla funzionalità del canale stesso Brugada: patologia / aritmia cardiaca rilevata occasionalmente nelle visite cardiologiche con un normale elettrocardiogramma. Alla base c’è un problema nella funzione dei canali sodio??? dipendenti. Induce fibrillazione ventricolare e porta a morte improvvisa. Essendo un reperto occasionale l’onda anomala in un elettrocardiogramma, è difficile diagnosticare questa patologia. Epilessia = patologia alla base della quale c’è una attività alterata di canali ionici, come anche nel caso della atassia. Trasporti mediati Queste proteine differiscono dai canali perché presentano siti di legame per la particella. La presenza di siti di legame rende le proteine specifiche. Caratteristiche: Specificità: Sono specifiche per una sostanza o per un gruppo di sostanze simili. Saturazione: Possedendo dei siti di legame questi possono andare incontro a saturazione. Competizione: Molecole simili tra loro entrano in competizione per un determinato legame dove la molecola a concentrazione maggiore vince. Modulazione: Le proteine carryer possono essere modulate nel loro ciclo di attività da parte di molecole che si legano alla proteina in siti diversi da quelli di legame per la particella da trasportare, questi siti consentono alla molecola di indurre un cambio di conformazione della carryer per cambiarne l’attività. esempio modulazione attività di un enzima tramite la sua fosforilazione. I traposto mediati da carrier possono essere attivi o passivi. Come lavora una carrier responsabile di trasporto passivo rispetto ad una che partecipa ad un trasporto attivo? Nel mediato passivo la carryer trasporta secondo gradiente di concentrazione la particella, usando energia potenziale accumulata nel gradiente e spostando la particella dal punto in cui si trova a maggior C a quello dove si trova in C minore. La proteina carrier presenta siti di legame perfettamente compatibili alla particella che deve essere legata. La carryer riuscirà a legare perfettamente secondo gradiente la particella perché c’è più probabilità che la carryer leghi meglio la particella dove lei è più concentrata. Il legame determina un cambio di conformazione e questa nuova conformazione consentirà il distacco della particella dal versante opposto. La carryer che media un trasporto passivo riesce a farlo perché è in grado di trasportare nettamente il soluto dal versante in cui è a maggior C rispetto a quello in cui è in minore C. Lo spostamento è comunque bidirezionale: ci sono due flussi opposti ma uno dei due è nettamente superiore all’altro; quindi, abbiamo un trasporto netto in una direzione, quella che segue il gradiente. Trasporto mediato attivo invece va contro gradiente di C: questo significa che la carryer deve riuscire a legare il soluto dove è a minore C. Per poterlo fare la carryer deve essere più affine al soluto. L’affinità della carryer per la particella entra in gioco e si modifica nel passaggio da un lato all’altro della membrana. La carryer avrà siti a maggiore affinità per la particella quando rivolti nel versante di membrana dov’è la particella e presente a C minore. Una volta legato il soluto, c’è un cambio di conformazione - questo è consentito da idrolisi di ATP che fornisce energia per il cambiamento conformazionale. Cambio conformazionale comporta che la carryer abbia siti ora meno affini al soluto, che quindi viene rilasciato. Il cambio di conformazione, cioè, interessa anche i siti di legame (oltre che l’orientamento della proteina stessa), che saranno meno affini per la particella di modo che questa venga rilasciata contro gradiente di C, dove è presente in maggiore C. Tipologie di trasporto mediato Sia per il trasporto mediato attivo che per quello passivo possiamo definire due tipi di trasporto: - - uniporto: la proteina può trasportare solo una particella, solo un tipo di particella, per la quale può avere anche più di un sito di legame. trasporto accoppiato: due o più particelle di tipo diverso, se il trasporto delle diverse particelle è nella stessa direzione di parla di simporto. Se invece le particelle vengono trasportate in direzione opposta allora si parla comunque di trasporto accoppiato, ma in questo caso il tipo è antiporto o controtrasporto. La distinzione si basa sul tipo di particelle che la proteina carryer deve trasportare (se un solo tipo o più tipi diversi). Trasporto mediato passivo La diffusione facilitata appartiene al trasporto mediato passivo, perché è un trasporto mediato da proteina carryer e passivo perché la proteina sposta le particelle secondo gradiente di C ed è l’unico tipo di trasporto mediato passivo presente nelle membrane delle nostre cellule. - - la diffusione facilitata è in genere un trasporto uniporto la diffusione facilitata è per le particelle idrosolubili non cariche nel grafico è mostrata la differenza tra diffusione semplice e facilitata per quanto riguarda la diffusione semplice (riguarda particelle liposolubili) all’aumentare della concentrazione del soluto liposolubile aumenta la velocità di diffusione quindi la velocità di diffusione non tende a saturazione (non c’è un limite) quindi c’è relazione lineare. invece la diffusione facilitata essendo mediata da proteina carrier si arriva a un limite (saturazione) —> non c’è relazione lineare come nella diffusione semplice ma c’è relazione iperbolica perché all’aumentare della concentrazione della particella idrosolubile aumenta la velocità di diffusione, ma una volta che tutti i siti di legame sono occupati non aumenta più la velocità di diffusione. diffusione facilitata può essere modulata tramite la variazione del numero di trasportatori transmembrana per aumentare la velocità di diffusione questa traslocazione di trasportatori ha comunque un limite è possibile modulare diffusione facilitata anche variando la velocità del ciclo di attività (legame - cambio conformazione - rilascio). esempio: diffusione facilitata per trasporto glucosio il glucosio è idrosolubile quindi ha bisogno della proteina carrier GLUT (diffusione facilitata) GLUT funziona come uniporto in genere ed è in grado di poter trasportare passivamente il glucosio con trasporto netto secondo gradiente di concentrazione c’è alta concentrazione di glucosio all’esterno della cellula e bassa all’interno; quindi, il gradiente va da esterno a interno e così anche il trasporto netto quando GLUT rivolge i siti di legame per il glucosio verso l’ambiente extracellulare avviene il legame, quando il glucosio si è legato a GLUT, GLUT cambia conformazione rivolgendo siti di legame verso interno della cellula dove c’è bassa concentrazione e così rilascia glucosio poi GLUT torna di là e ricomincia il ciclo se la concentrazione dovesse invertirsi, il GLUT si invertirebbe senza problemi questo può farlo perché il cambio di conformazione non cambia i siti di legame per glucosio. Glut transporter family trasportano principalmente glucosio ma anche galattosio e fruttosio. tutte le forme di GLUT hanno il ruolo di mantenere omeostasi glicemica. omeostasi e controllo adattivo omeostasi: concetto introdotto a metà dell’800 da un fisiologo francese (Claude Bernard) che affermò l’esistenza di uno stato stazionario ovvero ambiente interno all’organismo animale (liquidi quindi il sangue) che deve essere mantenuto stabile per consentire alle cellule dell’organismo di funzionare Cannon all’inizio del ‘900 ha ripreso il concetto e lo ha modificato introducendo il termine di omeostasi per indicare il mantenimento di un ambiente interno entro limiti ristretti cioè quelli che troviamo a lato delle analisi del sangue (range) il range non è uguale per tutti i parametri, per alcuni parametri anche se il valore è fuori range non è considerato pericoloso, mentre per altri se il valore è poco fuori range può essere rischioso c’è bisogno del mantenimento dell’omeostasi perché continuamente l’organismo è esposto a minacce es.: alimentazione noi abbiamo un meccanismo omeostatico che, se funziona riusciamo a contrastare la variazione, altrimenti si va verso la malattia esistono due diversi meccanismi di mantenimento dell’omeostasi che sono la regolazione a riscontro negativo e l’allostasi - - regolazione a feedback negativo: consente di poter rilevare il segnale di errore e poterlo compensare es.: aumento di glicemia è avvertito dal GLUT2 che sta nella membrana delle cellule beta del pancreas che ha bassa affinità per il glucosio, quindi lega glucosio per portarlo dentro la cellula solo quando glicemia aumenta, di conseguenza cellula beta è stimolata a produrre insulina allostasi: interviene prima del feedback negativo es.: vista, pensiero e odore del cibo attraverso sistema nervoso stimolano anticipatamente le cellule beta del pancreas ad aumentare la secrezione dell’insulina. il cervello sa che stiamo per mangiare quindi aumenta il rilascio di insulina perché sa che si alzerà la glicemia a breve così l’organismo è già pronto, poi quando effettivamente mangiamo a aumenta la glicemia non lavora più l’allostasi ma lavora il sistema a feedback negativo quando questi meccanismi non funzionano più, non c’è questa compensazione e si va verso la patologia (diabete). Questi meccanismi ci consentono di adattare l’organismo all’ambiente in cui viviamo e a ciò a cui siamo esposti non solo il glucosio, ma anche gli amminoacidi possono essere trasportati da diffusione facilitata come tutte le particelle idrosolubili trasporto mediato attivo Trasporto contro gradiente di concentrazione o elettrochimico in caso di particelle cariche si suddivide in: - - primario/diretto: è in grado di compiere il trasporto contro gradiente utilizzando direttamente l’energia derivata da idrolisi di ATP. secondario/indiretto: il suo funzionamento dipende dall’attività del primario per il rifornimento di energia. i trasporti mediati attivi possono essere uniporto, simporto o antiporto. trasporto attivo primario è definito disequilibrante in grado di mantenere il gradiente delle particelle, cioè, differenza di concentrazione. le proteine carrier coinvolte qui non sono solo carrier (trasportatori con siti di legame) ma sono anche enzimi, i quali idrolizzano ATP per ricavare energia per il trasporto. le particelle trasportate contro gradiente sono quasi esclusivamente ioni, infatti i trasporti attivi primari sono anche dette pompe ioniche. Si estingue quando il metabolismo cellulare è compromesso (anossia, veleni metabolici) e quindi smette di funzionare. le caratteristiche viste per i trasporti mediati da proteine carrier sono le stesse che vediamo qua nei trasporti attivi tranne quella della saturazione perché vanno contro gradiente; quindi, è difficile che si saturino quindi non c’è il limite di saturazione, l’unico limite che possono avere è quello dell’aumento di concentrazione intracellulare di ATP ovvero quando la cellula sta andando incontro ad apoptosi. contrasto con canali ionici (trasporto passivo) Fisiologicamente un trasporto attivo primario non ha limite di saturazione e non incontra problema di una bassa C di ATP intracellulare (cellula viva). La carenza di ATP si ha solo quando la cellula sta mordendo (non condizione fisiologica). E’ un trasporto tuttavia gradiente limitato poiché esiste un limite alla differenza di concentrazione che una pompa ionica può creare ai due lati di una membrana dovuto alla presenza di canali ionici (trasporto passivo) che permettono il transito di ioni secondo gradiente. Cioè, il trasporto attivo non riuscirà mai a spostare completamente gli ioni da un lato della membrana. quindi, se non ci fossero i canali ionici, il trasporto attivo porterebbe tutto da un lato, ma così non è quindi la capacità di trasporto attivo primario ha un limite che è la presenza dei canali ionici. Classi di trasporti attivi primari ci sono tre classi di trasporti attivi primari: - - - pompe della classe P → Così chiamate perché è tramite la fosforilazione e defosforilazione con P che riescono a trasportare contro gradiente gli ioni. classe F e V → nel loro ciclo di attività non passano attraverso un intermedio fosforilato, inoltre entrambi trasportano solo lo ione idrogeno quindi sono pompe protoniche, poi F e V differiscono per funzionamento. classe ABC → famiglia eterogenea caratterizzata da almeno 2 domini transmembrana (2 attraversamenti) e almeno 2 domini citosolica che legano e idrolizzano ATP per consentire il trasporto delle particelle; inoltre queste pompe non lavorano solo con ioni ma anche con molecole liposolubili. classe P Pompa Na+/K+ ATPasi la principale è la pompa sodio potassio ATPasi. È presente nella membrana plasmatica di tutte le cellule del nostro organismo. È un trasporto accoppiato antiporto —> espelle dalla cellula 3 ioni sodio e immette 2 ioni potassio per ogni ATP. Mantiene il gradiente di sodio e potassio attraverso la membrana plasmatica in particolare mantiene elevata concentrazione di sodio all’esterno ed elevata concentrazione di k+ nella cellula. questo è fondamentale per molte funzioni es.: genesi e mantenimento potenziale di membrana a riposo, inoltre alimenta molti trasporti attivi secondari e mantiene il volume cellulare. Struttura pompa Na-K ATPasi la pompa sodio potassio è composta da subunità alfa, beta e gamma per ognuna delle quali ci sono diverse isoforme (4 per alfa, 3 per beta, 7 per gamma) le subunità alfa sono quelle che hanno la capacità di legare gli ioni sodio e potassio, di legare ATP e idrolizzarlo. Le subunità beta sono subunità glicosilate, infatti notiamo nella porzione extracellulare ramificazioni che rappresentano catene oligosaccaridiche. La glicosilazione delle subunità beta è importante perché senza di loro la pompa non riesce ad essere traslocata in membrana plasmatica. Le beta hanno quindi funzione importante nella traslocazione e nella stabilizzazione della pompa a livello della membrana, oltre che nel modularne la funzione. Le subunità gamma hanno invece funzione regolatrice della proteina. La pompa sodio-potassio viene definita elettrogenica: Il fatto che la pompa sodio/potassio muova 3 ioni sodio verso l’esterno e 2 ioni potassio verso l’interno della cellula significa che al netto, una carica positiva viene portata all’esterno della cellula ad ogni ciclo. Per questo motivo la pompa sodio/potassio è detta elettrogenica, in quanto essa determina la formazione di un potenziale elettrico attraverso la membrana cellulare. Questo significa che all’esterno della membrana vi sarà un accumulo di cariche positive, mentre all’interno di cariche negative. Questa configurazione fa sì che sia possibile associare la membrana plasmatica, per le sue proprietà elettriche, ad un condensatore. quindi crea e mantiene i gradienti di sodio e potassio che poi generano potenziale di membrana a riposo, e inoltre ha proprietà elettrogenica. Ciclo di attività pompa Na/K ATPasi conformazione E1 → la pompa espone i siti di legame verso il citoplasma grazie anche al legame con ATP, i siti sono affini per il sodio e non per il potassio; quindi, si legano 3 ioni sodio ora che ha legato il sodio la pompa idrolizza ATP in ADP che viene rilasciato nel citoplasma e fosfato che resta legato alla pompa il legame del fosfato serve per indurre alla proteina carrier il cambio di conformazione alla E2. conformazione E2 → la pompa espone i siti di legame verso l’esterno della cellula, quindi perdono affinità per il sodio il quale viene rilasciato nell’ambiente extracellulare (dove c’è n’è molto di sodio), mentre aumenta affinità dei siti per il potassio che è meno concentrato fuori dalla cellula e ora si lega (2 ioni) questo legame induce il distacco del fosfato e il cambio di conformazione a E1 quindi espone nuovamente i siti di legame verso interno cellula, così i siti perdono affinità per il potassio che viene rilasciato, ATP si lega alla pompa e i siti aumentano affinità per il sodio (dentro ce n’è poco quindi affinità deve essere alta) e tutto ricomincia. i cambi di conformazione sono dovuti a fosforilazione (in seguito al legame con sodio) e defosforilazione (in seguito al legame del potassio) della pompa regolazione pompa Na/K ATPasi serve per mantenere le concentrazioni omeostatiche degli ioni intrinseca: La pompa è depressa da una diminuzione del sodio e stimolata dall’aumento dello stesso, adeguando l’entità del trasporto operato in modo da mantenere costanti i gradienti transmembrana per i due cationi. in questa modulazione intervengono le subunità beta e gamma estrinseca: la pompa viene regolata da fattori esterni che possono essere endogeni (prodotti dall’organismo es.: ormoni) ed esogeni (assunti dall’esterno es.: farmaci) - - endogeni: ormoni tiroidei, insulina, aldosterone, ormoni tiroidei possono aumentare il numero delle pompe sodio potassio nella membrana plasmatica esogeni: digitale deprime attività pompa sodio potassio per aumentare la forza di contrazione delle fibrocellule miocardiche in condizioni di insufficienza cardiaca (patologia) ruolo della pompa sodio potassio nel mantenimento del volume cellulare Il problema è la maggiore osmolarità del citosol rispetto al liquido extracellulare, dovuta alla presenza di macromolecole altamente cariche che attraggono molti ioni inorganici del segno opposto aumentandone l’osmolarità. Quindi se l’osmolarità è maggiore nel citosol l’acqua dovrebbe fluire costantemente dall’ambiente esterno all’interno della cellula causandone quindi una rottura ma ciò non avviene grazie anche alle pompe sodio potassio che contribuiscono ad abbassare l’osmolarità banalmente gettando fuori più molecole di quelle che fa rientrare( 3 Na escono 2 K entrano) e anche non essendo l’unica è la più importante perché è ubiquitaria e sempre in funzione. 10/10/2024 Pompa Ca2+ ATPasi scopo è quello di mantenere costante la concentrazione intracellulare di calcio libero nel citoplasma spostandolo nel reticolo endoplasmatico/sarcoplasmatico. Esistono due forme della pompa calcio-ATPasi che sono: La pompa del calcio della membrana plasmatica PMCA, ne esistono quattro isoforme e sono attivate dalla calmodulina; ha il compito di pompare uno ione calcio dal citosol all’esterno e La pompa del calcio del reticolo sarcoplasmatico SERCA, Ne esistono 3 isoforme e ha lo scopo di rimuovere il calcio dal citoplasma facendolo entrare nel reticolo endoplasmatico e nel reticolo sarcoplasmatico. Queste due pompe differiscono per: - - - - localizzazione subcellulare, una nella membrana plasmatica(PMCA) l’altra nel reticolo endoplasmatico(SERCA). l’altra differenza è il numero di ioni calcio che muovono, la PMCA trasporta 1 ione calcio fuori dalla cellula, la SERCA ne trasporta 2 ioni calcio all’interno del reticolo endoplasmatico liscio per ogni ATP l’affinità, la PMCA ha il sito di legame con una maggiore affinità rispetto a quelli del SERCA (visto che ne ha uno è piu affine) altra differenza sono le proteine che ne modulano l’attività: 1. Complesso calmodulina-calcio quando si forma si lega nella PMCA andando ad aumentare l’affinità per il calcio e velocizzando il ciclo di attività 2. La SERCA viene modulata invece da fosfolambano che inibisce l’attività della SERCA in genere, per cui l’attivazione della SERCA richiede un’INIBIZIONE del fosfolambano. La PMCA è attiva anche a basse concentrazioni del calcio avendo affinità maggiore mentre la SERCA si attiva quando la c è alta ed è dipendente dall’inibizione del fosfolambano. Pompa H+/K+ ATPasi funziona come antiporto o controtrasporto e la ritroviamo nella membrana luminale delle cellule ossintiche o parietali delle ghiandole gastriche perché è alla base della formazione dell’acido cloridrico, infatti, questa pompa con il suo funzionamento espelle dalla cellula due ioni H+ e ne immette due ioni K+. gli ioni H con il CL formano acido cloridrico HCl. Spostando lo stesso numero di ioni non è elettrogenica. Fosfolipide traslocasi specifica (subfamiglia pompe classe P) Ha il compito di trasportare i fosfolipidi da un versante all’altro del bilayer lipidico e lo fa per mantenere la simmetria di membrana quindi per porre rimedio al movimento del fosfolipide che con flip flop ha cambiato versante. (i fosfolipidi di membrana siccome sono in uno strato fluido sono soggetti a movimento tra cui rotazione, diffusione laterale e flip flop che gli fa cambiare versante e deve essere prontamente compensato cioè il fosfolipide deve tornare dal versante di provenienza per mantenere la simmetria di membrana che è importante perchè i fosfolipidi si trovano in quel versante perché è li che svolgono la loro funzione e un cambio andrebbe a compromettere la loro funziona e quindi ringraziamo le traslocasi specifiche) Essendo pompe della classe P nella sua attività si troverà legato con P per il cambio di conformazione e traporto contro gradiente e lavora tramite idrolisi di ATP Pompe della classe F e V le possiamo considerare insieme perché hanno analogie che sono: - - nel loro ciclo di attività non si trovano a legare un gruppo fosfato P e quindi non vengono fosforilate. tipo di ione che trasportano che è lo ione H. differiscono nella localizzazione sub cellulare e funzionamento Classe V sono pompe che si ritrovano nella membrana degli organuli vescicolari (quindi V sta per vescicolari) ad esempio il compartimento endosomico o nelle vescicole sinaptiche. Queste pompe funzionano trasportando contro gradiente H+ all’interno dell’organulo. Concentrando lo ione H+ nell’organulo la pompa è in grado di andare così a creare e mantenere un ambiente acido all’interno dell’organulo (i lisosomi hanno un ambiente acido ed è garantita dalla presenza di queste pompe). Classe F Queste pompe si trovano esclusivamente nella membrana interna del mitocondrio. F0 F1 è il suo nome e trasporta ioni H+ ma funziona in modo opposto alla V infatti questa pompa viene chiamata ATPsintetasi quindi con il suo funzionamento NON CONSUMA ATP per trasportare contro gradiente gli ioni H+ come la V ma la pompa della classe F trasporta secondo gradiente gli ioni H+ per ricavare energia per sintetizzare ATP a partire da ADP+P e questa reazione richiede energia e si prende dal passaggio secondo gradiente dallo spazio intermembrana dei mitocondri dentro i mitocondri. Pompe della classe ABC abc sta per atp binding cassette questa classe di pompe ABC è molto eterogenea e comprende tanti membri ed è conservata dal punto di vista evoluzionistica tanto che si trova sia nelle piante che gli animali e nell’uomo abbiamo 7 sottogruppi di trasportatori ABC con circa 50 trasportatori specifici. Sia proteine carryer che proteine canali possono far parte delle pompe ABC perché le pompe ABC vengono messe in questa categoria per la struttura piuttosto che il funzionamento. La struttura che condividono è quella che vede la presenza di almeno due domini citosolici della proteina transmembrana che legano ATP e lo idrolizzano e questa struttura è condivisa tra tutti i componenti di questa grande famiglia di trasportatori attivi. Sono in grado di spostare contro gradiente di concentrazione o elettrochimico non solo ioni ma anche molecole liposolubili come per esempio il colesterolo, gli acidi biliari, le vitamine liposolubili. Poi ci sono pompe classe ABC che funzionano come traslocasi non specifiche dei fosfolipidi. Esempi pompe classe ABC MRP o proteina della resistenza ai farmaci Una delle prime pompe ABC studiata nel nostro organismo è l’MRP o proteina della resistenza multipla ai farmaci. Ha la caratteristica strutturale sopracitata, è una glicoproteina ed è quindi glicosilata legando sul versante extracellulare catene polisaccaridiche, funziona come uniporto e utilizza l’ATP per lavorare contro gradiente per espellere molecole come farmaci dalla cellula quindi molecole esogene che noi introduciamo dall’esterno. È presente nell’intestino, fegato e rene ovvero tutti quei siti deputati o anche deputati all’eliminazione di sostanze tossiche dall’organismo. Questa sua funzione benefica per l’organismo diventa un ostacolo quando quei tessuti vanno incontro ad una trasformazione tumorale in quanto causa una sovraespressione delle MRP aumentando quindi la velocità di eliminazione dei farmaci rendendo vani quindi i tentativi farmacologici utilizzati per contrastare la formazione del tumore. E’ un po’ come se le cellule tumorali si difendessero in questo modo. CFTR regolatore della conduttanza transmembrana della fibrosi cistica Fa parte delle ABC perché SI è EVOLUTO da questa classe e presenta due domini citosolici che legano ATP e lo idrolizzano ma non è un trasportatore ma un canale la cui apertura si deve al legame e all’idrolisi dell’ATP nei domini citosolici. è una particolare proteina canale per lo ione Cl e in caso di disfunzioni si ha la fibrosi cistica. è un caso particolare di “trasportatore” che è stato classificato all’interno di questa classe ABC per la sua struttura e per il suo meccanismo di apertura (ATP IDROLISI) ABCA1 trasportatore per il colesterolo cellulare Ha ruolo molto importante nel trasportare il colesterolo dalle cellule alla HDL. HDL prende colesterolo dalle cellule e le porta nel fegato dove viene o trasformato in acidi biliari o viene eliminato. Nel disegno si vede il suo funzionamento che con il suo ciclo di attività cede il colesterolo all’HDL che lo porta al fegato. Mutazione di ABCA1 causano deficit di HDL con colesterolo (alla base della sindrome da deficienza di HDL) caratterizzato da depositi di colesterolo nei macrofagi tessutali o aterosclerosi. ABCA5-ABCA8 sono responsabili del trasporto del colesterolo dal citoplasma dell’enterocita al lume dell’intestino per essere eliminato a livello dell’intestino abbiamo da una parte l’assorbimento del colesterolo attraverso un trasportatore che si chiama niman pikc c1 like NPC1L1 e che è il target di un farmaco che è largamente utilizzato che è l’ezetimibe che recentemente viene associato alla statina che inibisce la produzione del colesterolo endogeno e si è visto che l’effetto di riduzione del colesterolo in un soggetto che è a rischio o che ha livelli di LDL alta è più efficace se vengono utilizzati sia statina che ezetimibe. quindi questi vanno a ridurre assorbimento colesterolo e riduzione produzione colesterolo. Trasporti attivi secondari i secondari dipendono dai primari perché sono i primari che forniscono energia ai secondari. - - - i secondari sono chiamati anche indiretti perché indirettamente utilizzano ATP che viene utilizzato dai primari per creare gradienti elettrochimici che alimentano i trasporti attivi secondari. Per questo motivo i secondari sono tutti trasporti mediati da proteine carryer di tipo accoppiati. non hanno attività atpasica perché non utilizzano direttamente ATP differentemente da quelli primari che non funzionano solo da carryer ma anche da enzimi (idrolizzano ATP). Il trasporto è spinto dai gradienti ionici creati dai trasporti attivi primari utilizzando come energia il passaggio secondo gradiente di uno ione per il quale è stato creato il gradiente dai primari, questo ione si chiama ione motore e i secondari sono tutti accoppiati perché devono sfruttare lo ione motore per poter far passare un altro ione. (ricorda che nei trasporti accoppiati si spostano due particelle che possono andare o nella stessa direzione o in direzioni opposte) - - gli ioni motori piu importanti sono Na e H. vengono bloccati quando metabolismo cellulare viene compromesso perché manca ATP e mancando ATP non funzionano i primari e non funzionando i primari non si creano i gradienti di ioni che faranno funzionare i secondari. trasporto attivo secondario del glucosio. il trasporto attivo secondario del glucosio vede come ione motore il sodio il cui gradiente è creato dalla pompa sodio potassio. questo trasporto si chiama anche sodio glucosio o trasporto del glucosio sodio dipendente. Li troviamo nelle cellule di epiteli di assorbimento e riassorbimento (intestino e reni), la sigla con la quale viene classificato questo trasporto è SGLT. la proteina carryer è composta da 664 aa e presenta 14 alfa eliche di attraversamento che sono unite dalle anse extracellulari. questa proteina trasportatrice deve presentare il sito di legame per il sodio e per il glucosio e si conoscono due isoforme di SGLT che sono SGLT-1 e SGLT-2 SGLT1 trasporta due ioni sodio e un glucosio invece l’SGLT-2 trasporta un sodio e un glucosio SGLT1 è localizzato in particolare nella membrana luminale degli enterociti mentre SGLT2 è localizzato nella membrana luminale delle cellule dell’epitelio renale. mutazioni puntiformi di SGLT che riguardano un solo aa ma in posizione strategica e causano una malattia che impedisce l’assorbimento intestinale del glucosio questo SGLT oltre che trasportare glucosio è in grado di traportare anche il galattosio SGLT2 rappresenta un target farmacologico nel trattamento del diabete di tipo 2 ci sono farmaci che inibiscono questo trasportatore e quindi inibiscono il riassorbimento renale del glucosio riducendo quindi la glicemia. trasporto sodio glucosio funzionamento il disegno ci decrive il ciclo di attività di SGLT Partiamo dal primo disegno che ci mostra il trasportatore SGLT che rivolge i siti di legame verso l’esterno della cellula, in questa conformazione i siti di legame sono affini solo al sodio che è piu concentrato fuori dalla cellula che dentro grazie alla pompa sodio potassio che mantiene bassa la concentrazione citosolica del sodio. questo fa si che il sodio si possa andare a legare nei siti di legame per lui. Il sodio poi quindi si lega a livello del sito di legame dell’SGLT e questo legame induce nella proteina un cambio di conformazione facendole acquistare affinità per il glucosio. nel disegno si vede come compare un secondo sito per il glucosio. Il legame con il glucosio poi induce un cambio di conformazione di tutta la proteina che la porta a rivolgere i siti di legame verso l’interno della cellula, all’interno della cellula c’è bassa concentrazione di sodio e si distacca finendo nel citoplasma (grazie alla pompa sodio potassio verrà riportato fuori) il distacco del sodio dalla proteina trasportatrice fa rilasciare anche il glucosio (si toglie anche il sito del glucosio se se ne va il sodio) a questo punto la proteina trasportatrice torna alla formazione iniziale rivolgendosi di nuovo verso l’esterno. è un trasportatore simporto perché il glucosio viene trasportato nella stessa direzione del sodio. SE NON SI LEGA IL SODIO IL GLUCOSIO NON SI LEGA PERCHE’ L’AFFINITA’ DELLA PROTEINA PER IL GLUCOSIO DIPENDE DAL LEGAME CON IL SODIO! simporto Na+/aa Funziona come quella sodio glucosio e si trova anche a livello delle stesse membrane. antiporto Na+/H+ La particella da trasportare è H+ che viene trasportato grazie al sodio che è lo ione motore ed è importante questo trasporto perché regola il pH cellulare e lo ritroviamo nella membrana plasmatica di cellule assorbenti o riassorbenti e funziona come antiporto in quanto il sodio secondo gradiente si lega alla proteina trasportatrice per entrare dentro la cellula fornendo l’energia per far uscire l’H+ quindi Na entra H esce. antiporto Na+/Ca2+ Concorre al mantenimento dell’omeostasi intracellulare del calcio ovvero concorre al mantenimento della bassa concentrazione del calcio libero. Na entra e Ca esce, 3 Na entrano 1 Ca esce Simporto Na+/I (NIS) Trasporto sodio e ione ioduro e lo troviamo nei tireociti (tiroide) nella loro membrana baso laterale dove troviamo sia pompa sodio potassio che NIS. TRASPORTO ESSENZIALE PERCHE I- È L’oligoelemento essenziale per sintesi ormoni steroidei. Simporto Na+/Cl-/neurotrasmettitori (NSS) Si occupa di trasportare i neurotrasmettitori ed è localizzato a livello della membrana plasmatica della terminazione assonale di un neurone. È uno dei meccanismi di smaltimento dei neurotrasmettitori dalla fessura sinaptica all’interno della terminazione assonale. Quindi servono per evitare che la sinapsi venga ripetuta e quindi serve per farli tornare dentro la terminazione assonale. ci sono dei farmaci antidepressivi che vanno ad agire su questi trasportatori impedendo il reuptake della serotonina, il problema di questi farmaci è che hanno dei tempi lunghi di azione e ci impiegano un mese per far sì che il soggetto depresso possa avere un po’ di sollievo dalla malattia, in quel mese il soggetto depresso potrebbe uccidersi infatti gli antidepressivi hanno come effetto collaterale il suicidio. la chetamina anche funziona come antidepressivo che è piu efficace. Simporto 1na+/1K+/2Cl- È noto come NKCC1 ed è presente in vari tipi di cellule come intestino e rene ed è caratteristico però per essere espresso in maniera transitoria nei neuroni: Viene espresso solo dai neuroni in maturazione in differenziamento esprimono questo trasportatore che portando dentro il cloro fanno sì che il gradiente elettrochimico per il cloro determini, quando sulla membrana plasmatica dovesse aprirsi un canale per il cloro, l’uscita del cloro. Far uscire il cloro dal neurone significa: Cl è negativo e l’uscita di cariche negative rende quindi il neurone piu eccitabile, più facilmente predisposto a generare potenziale di azione. con la maturazione neuronale questo NKCC1 viene downregolato ovvero la sua espressione diminuisce ma aumenta un altro trasportatore del cloro attivo secondario che non ha il sodio come ione motore ma ha il potassio e si chiama KCC2 simporto K+/Cl. questa volta però il cloro entra con KCC2 e il potassio esce invertendo il gradiente elettrochimico poi ci sono trasporti che hanno come ione motore H+ antiporto H+/neurotrasmettitori: Carica i neurotrasmettitori nelle vescicole sinaptiche facendo uscire H+ entrato prima grazie anche alla pompa protonica della classe V che troviamo nelle vescicole sinaptiche simporto H+/aa Nel lisosoma c’è questo simporto che porta gli aa ricavati dalla degradazione di molecole nel citoplasma per poterli riutilizzare simporto H+/di-tripeptidi Di-tripeptidi sono prodotti della digestione proteica e sono assorbibili dove completeranno la digestione grazie alle peptidasi citosoliche ma entrano dentro l’enterocita superando la membrana luminale come di-tripeptidi ed entrano grazie a questo trasporto simporto grazie all’H+ che esce. il gradiente è creato grazie Na+/H+ Scambiatore anionico caso particolare è un trasporto per antiporto che sposta lo ione bicarbonato e il cloro in direzione opposta per questo si chiama scambiatore, quindi, è un antiporto e anionico perché le particelle che sono spostate sono anioni. Queto scambiatore anionico lo consideriamo tra i secondari anche se non sempre ne ha le caratteristiche, quindi, rappresenta un’isola a se stante è piu noto infatti come scambiatore anionico e solo alcuni testi lo includono nei trasporti attivi secondari però spesso non lavorando come tale è stato semplicemente definito scambiatore anionico. si ritrova sulla membrana plasmatica di diverse cellule, tra cui il globulo rosso, il globulo rosso presenta lo scambiatore con un ruolo ben preciso nella fisiologia del globulo stesso in quanto lo scambiatore è coinvolto nel trasporto della CO2 nel sangue. CO2 è un prodotto del metabolismo cellulare dei tessuti periferici che lavorando la producono che riesce, come piccola molecola polare, ad attraversa il bilayer lipidico per raggiungere il sangue, La CO2 può passare non solo per diffusione semplice ma anche utilizzando le acquagliceroporine. i capillari ricevono la CO2 che dai tessuti periferici deve arrivare agli alveoli polmonari per essere scambiata con l’ossigeno. Ci sono tre modalità di trasporto: - - - Sottoforma di ione bicarbonato Disciolta nel sangue ma la % è molto piccola Attraverso il legame con le proteine in particolare con l’emoglobina, la CO2 si lega con la parte proteica dell’emoglobina la stragrande maggioranza di co2 viene trasportata sottoforma di ione bicarbonato nel sangue ma dove si forma? La co2 reagisce con acqua dando CO2 + H2O dando l’acido carbonico che si dissocia in ioni H+ e HCO3- e questi reagiscono sia nel plasma che nel citosol e infatti questa reazione viene fatta nel globulo rosso dove c’è un enzima l’anidrasi carbonica che catalizza la reazione per dare origine alla fine lo ione bicarbonato e grazie allo scambiatore viene portato fuori nel plasma in scambio con lo ione cloro. una volta raggiunto gli alveoli quello che viene scambiato però è co2 quindi noi dobbiamo riottenere dallo ione bicarbonato la co2 e a livello dei capillari alveolari lo ione entra all’interno del globulo rosso tornando ad essere CO2 mentre lo ione cloro esce questo scambiatore anionico funziona in modo opposto una volta che il globulo rosso ha raggiunto i capillari alveolari. possiamo identificare come lo ione bicarbonato come ione motore essendo formato all’interno della cellula però spesso gli ioni si muovono semplicemente secondo gradiente per questo non è ben classificato tra i trasporti secondari. questo scambiatore anionico lo troviamo anche in altre cellule. trasporto transepiteliale Epiteli di trasporto: epiteli di assorbimento e riassorbimento che hanno una polarità morfologica e funzionale e sono dotati quindi di una membrana basolaterale e una membrana luminale che sono formate da sostanze diverse pur facendo parte della stessa cellula. questi epiteli prendono il nome di epiteli di trasporto perché a livello di questi epiteli si verifica il trasporto di particelle che devono superare l’epitelio di assorbimento e riassorbimento e ciò puo’ avvenire in due direzioni: assorbimento in direzione membrana luminale → basale e secrezione in direzione membrana basale → luminale possiamo identificare due vie per il trasporto: via paracellulare e transcellulare. - - la paracellulare è quella che si stabilisce tra le cellule dell’epitelio che però è poco frequentata perché ci sono le giunzioni occludenti o tight junctions che appunto occludono la via paracellulare fino ad un certo punto perché un certo passaggio lo consentono comunque e possono essere modulate le tight junctions per poter aumentare la permeabilità attraverso la via paracellulare. via transcellulare è la piu frequentata ovvero la particella che deve essere assorbita riassorbita o secreta. esempio: trasporto trans epiteliale del glucosio abbiamo visto trasporto passivo del glucosio e attivo secondario e questi tipi di trasporto sono localizzati uno in membrana luminale e uno in membrana baso laterale. la parte luminale è quella con i microvilli. in membrana luminale troviamo trasporto attivo secondario sodio glucosio SGLT dove il sodio è lo ione motore, il gradiente per il sodio è creato dalla pompa sodio potassio che è nella parte basolaterale che fa sì che nell’enterocita ci sia una concentrazione bassa di sodio creando un gradiente per il quale il sodio entra secondo gradiente. il glucosio poi entrando dentro l’enterocita si accumula creando quindi un gradiente per il quale il glucosio che è in maggiore quantità dentro l’enterocita si sposta passivamente verso il liquido extracellulare per poi prendere la via del sangue e questo accumulo avviene grazie al GLUT2 che HA UNA BASSA AFFINITA’ PER IL GLUCOSIO QUINDI NON LO TRASPORTA FINO A CHE NON È AD ALTE C. quindi in membrana luminale dobbiamo avere SGLT che consente l’ingresso del glucosio(importa la c di sodio piu che quello del glucosio) l’unico limite che puo’ avere è quello della saturazione e in caso potrebbe succedere che in membrana vengano traslocati dei trasportatori ovvero i GLUT per aumentare la velocità di trasporto e per ovviare la saturazione. grazie alla disposizione della pompa sodio potassio nella membrana baso laterale il sodio può essere assorbito in luminale mentre se il sodio potassio fosse stato in membrana luminale il sodio appena entrato uscirebbe e non verrebbe assorbito perdendolo mentre così il sodio viene fatto uscire verso il circolo sanguigno altrimenti tornerebbe nell’intestino e cacciato fuori. trasporto transepiteliale dell’acqua Ci sono molti epiteli che assorbono acqua e in alcuni di questi apparentemente l’acqua passa contro gradiente osmotico, siccome un trasporto attivo dell’acqua non è stato mai validato non esiste ad oggi un trasporto attivo dell’acqua riconosciuto per tanto l’acqua deve per forza muoversi in base al gradiente osmotico e quindi da qualche parte dell’epitelio di trasporto questo gradiente osmotico si deve creare. teoria di curan dei tre compartimenti: Ci troviamo nell’epitelio della colecisti(cistifellea), l’acqua viene assorbita tanto che la secrezione biliare si concentra. Abbiamo tre compartimenti: - - - Il primo compartimento è il citoplasma delle cellule epiteliali il secondo, che è quello che muove tutto il trasporto, è rappresentato dallo spazio intercellulare o compartimento intercellulare ovvero quello dove troviamo le tight junctions il terzo è lo spazio extracellulare. è nel secondo che si crea un gradiente stazionario osmotico creato dai trasporti attivi primari in particolare dalla pompa sodio potassio che pompa il sodio all’interno di questo piccolo compartimento, nella membrana basolaterale ci sono anche dei canali per il cloro che gli permettono di entrare nel piccolo compartimento creandosi un gradiente osmotico dovuto al sodio e cloro che si concentrano in questo piccolo compartimento dove aumenta l’osmolarità richiamando l’acqua aumentando di conseguenza la pressione idrostatica superando quella del compartimento extracellulare creando quindi un FLUSSO DI MASSA dovuto alla differenza di PRESSIONE MECCANICA e quindi dallo spazio intracellulare si spostano allo spazio extracellulare. quindi l’acqua dal lume della colecisti passa all’interno della cellula epiteliale per poi portarsi a livello dello spazio intercellulare che raggiunge anche per via paracellulare viene detto gradiente stazionario perché la pompa sodio potassio funziona sempre e quindi il f lusso di massa c’è sempre e quindi è un gradiente fisso Riassumendo: nello spazio intercellulare l’acqua viene attratta per effetto osmotico attraverso la via transcellulare (acquaporine) e viene spremuta per effetto idraulico verso lo spazio sottostate IMPORTANTE LEI DICE CHE DOBBIAMO RISPONDERE IN MODO MIRATO E NON AGGIUGNERE NIENTE, Trasporto transepiteliale per secrezione HCL ghiandole propriamente dette o ossintiche nello stomaco che secretano HCL. le ghiandole sono tubulari semplici. Queste cellule non secernono sempre la stessa quantità di HCl ma dipende dal loro stato che può essere attivo o a riposo. Nello stato a riposo queste secernono una modesta quantità di HCl e vengono stimolate ad esempio dalla semplice vista o pensiero di un pasto. Nello stato attivo si ha un cambio conformazionale dove dei trasportatori, in particolare l’H+/K+ ATPasi, migrano verso la membrana luminale aumentando la secrezione di HCl. Quali sono i trasportatori? Membrana luminale Nella cellula a riposo sono presenti delle tubulovescicole che sono ricche di trasportatori H+/K+ ATPasi. L’attivazione della cellula comporta un trasferimento di questi trasportatori sulla membrana luminale tramite la fusione delle tubulovescicole con la membrana luminale. Inoltre, comporta l’attivazione dei canali per K+ e Cl- nella membrana luminale. Questi due canali permettono il movimento secondo gradiente di K+ e Cl- dal citoplasma verso il lume intestinale, K+ viene poi riciclato attraverso il trasporto H+/K+ ATPasi che essendo un controtrasporto fa uscire, in cambio di due K+, due ioni H+ che insieme al Cl-, che esce secondo gradiente grazie al canale e allo scambiatore ionico in basolaterale, formano HCl con consumo di ATP da parte della H+/K+. Membrana basolaterale La pompa Na+/K+ che crea il gradiente per il sodio che viene utilizzato dal trasporto attivo secondario Na/Cl, Na/Cl è un simporto che fa entrare Na e Cl dentro la cellula concorrendo alla creazione del gradiente per Cl, Scambiatore anionico che fa entrare Cl facendo uscire ione bicarbonato che si forma all’interno della cellula con CO2+H2O formando HCO3-(bicarbonato). Grazie a questi trasportatori la concentrazione di Cl all’interno della cellula aumenta a tal punto che il Cl viene secreto dalla luminale secondo gradiente tramite un canale ionico