modalita` modalita` di trasporto trasporto attraverso le membrane

MODALITA’ DI TRASPORTO
ATTRAVERSO LE MEMBRANE
BIOLOGICHE
LA MEMBRANA CELLULARE E’ SELETTIVAMENTE PERMEABILE,
CIOE’ SOLO DETERMINATI TIPI DI MOLECOLE POSSONO AT=
TRAVERSARLA LIBERAMENTE (PICCOLE MOLECOLE POLARI;
GAS O MOLECOLE IDROFOBICHE)!
IL TRASPORTO ATTRAVERSO LA MEMBRANA PUO’ AVVENIRE
SECONDO TRE DIVERSE PRINCIPALI MODALITA’:
1) DIFFUSIONE SEMPLICE;
NO
ATP
2) DIFFUSIONE FACILITATA;
3) TRASPORTO ATTIVO.
SI
ATP
1) DIFFUSIONE SEMPLICE:
SEMPLICE: AVVIENE SECONDO GRADIENTE DI
CONCENTRAZIONE.. LE MOLECOLE PASSANO LIBERAMENTE ATTRAV.
CONCENTRAZIONE
IL BILAYER FOSFOLIPIDICO. LA VELOCITA’ DI PASSAGGIO DELLE
MOLECOLE E’ INFLUENZATA DA DIMENSIONE; LIPOFILIA; E
TEMPERATURA;
2) DIFFUSIONE FACILITATA MEDIATA DA PERMEASI O CARRIER:
CARRIER:
AVVIENE SECONDO GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE
CONCENTRAZIONE.. GROSSE
MOLECOLE POLARI (Es.: GLUCOSIO) PASSANO ATTRAVERSO LA MEMBR
PER MEZZO DI PROTEINE PERMEASI O CARRIER;
3) DIFFUSIONE FACILITATA MEDIATA DA CANALI:
CANALI: AVVIENE SECONDO
GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE
CONCENTRAZIONE.. POSSONO ESSERE TRASPORTATI SOLO
IONI;
4) TRASPORTO ATTIVO:
ATTIVO: PERMETTE IL MOVIMENTO DI SOLUTI CONTRO
GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE
CONCENTRAZIONE.. E’ MEDIATO DA PROTEINE ATPasiche
CHE IDROLIZZANO L’ATP PER RICAVARE ENERGIA (Es.: POMPA Na+/K+).
DIFFUSIONE SEMPLICE
AVVIENE, COME DETTO, SENZA CONSUMO DI ENERGIA
ENERGIA::
SI SFRUTTA LA DIFFERENTE CONCENTRAZIONE DEL SOLUTO
AI DUE LATI DELLA MEMBRANA (AMBIENTE INTRACELLULARE
ED AMBIENTE EXTRACELLULARE).
IN PARTICOLARE IL SOLUTO MIGRERA’ DALLE ZONE AD ALTA
CONCENRAZIONE A QUELLE A BASSA CONCENTRAZIONE!
CONCENTRAZIONE!
(Es
Es.:
.: DIETILUREA
DIETILUREA,, NONOSTANTE SIA PIU’ GRANDE COME
MOLECOLA RISPETTO ALL’UREA, MIGRA PIU’ VELOCEMENTE
DI QUEST’ULTIMA ATTRAVERSO LA MEMBRANA PERCHE’
E’ PIU’ IDROFOBICA DI QUEST’ULTIMA. L’O
L’O2 MIGRA
ANCH’ESSO LIBERAMENTE ATTRAVERSO LA MEMBRANA!)
UN CASO PARTICOLARE DI
DIFFUSIONE SEMPLICE: L’OSMOSI
ENTRO CERTI LIMITI LA MEMBRANA PLASMATICA E’
SEMIPERMEABILE:: PERMETTE CIOE’ IL PASSAGGIO
SEMIPERMEABILE
DI SOLVENTE, MA NON DI SOLUTO!
NELLE CELLULE ANIMALI L’EQUILIBRIO ISOTONICO TRA AMBIENTE INTRA ED EXTRACELLULARE
VIENE MANTENUTO PRINCIPALMENTE DALLA POMPA Na+/K+.
NELLE CELLULE VEGETALI DELLE PIANTE NON LEGNOSE LA PRESSIONE DI TURGORE
TURGORE,, DERIVANTE
DALL’ACQUA CHE TENDE AD ENTRARE NELLA CELLULA DOVE C’è UN AMBIENTE
IPEROSMOTICO, CONTRIBUISCE A SUPPORTARE L’INTERA STRUTTURA DELLA PIANTA
(CONTRO LA FORZA DI GRAVITA’). LA PERDITA DI H2O PER OSMOSIU GENERA
APPASSIMENTO.
PER EVITARE CONSEGUENTE CATASTROFICHE (ECCESSIVO
RIGONFIAMENTO O RAGGRINZIMENTO), LE CELLULE DEVONO
TROVARSI IN CONDIZIONI ISOTONICHE RISPETTO ALL’AMBIENTE
EXTRACELLULARE CIRCOSTANTE.
CIRCOSTANTE.
A TAL FINE, ANCHE (E SOPRATTUTTO) GRAZIE AL TRASPORTO ATTIVO
(V. POMPE ATPasiche
ATPasiche)) LA CELLULA MANTIENE OSMOLARITA’ INTERNA
PARAGONABILE A QUELLA DELL’AMBIENTE EXTRACELLULARE!
EXTRACELLULARE!
DIFFUSIONE FACILITATA
A) MEDIANTE PERMEASI O CARRIER
LE PERMEASI
PERMEASI,, UNA VOLTA LEGATA LA MOLECOLA DA TRASPORTARE,
CAMBIANO CONFORMAZIONE, RENDENDO POSSIBILE IL PASSAGGIO!
GLUT1 IN MEMBRANA
ERITROCITI
GLUT1 IN MEMBRANA ERITROCITI
GLUT2 FACILITA IL TRASPORTO DI Glc DAL
CITOSOL DI EPATOCITI ALL’ESTERNO DELLA
CELLULA, FAVORENDO COSI’ L’IMMISSIONE
IN CIRCOLO DEL Glc
Glc..
NEGLI ADIPOCITI E NELLE CELLULE
MUSCOLARI IL TRASPORTATORE GLUT4 È
CONTENUTO IN VESCICOLE DEL CITOSOL CHE
SI FONDERANNO CON LA
MEMBRANA PLASMATICA IN SEGUITO AL
LEGAME DELL’INSULINA COL PROPRIO
RECETTORE
B) MEDIANTE CANALI IONICI
I CANALI IONICI SI TROVANO SULLA SUPERFICIE DI PRESSOCCHE’
TUTTI I TIPI CELLULARI. SONO ALLA BASE DI PROCESSI FONDAMENTALI
QUALI TRASMISSIONE DI STIMOLI NERVOSI; TRASDUZIONE DEL
SEGNALE; REGOLAZIONE DELL’OSMOLARITA’ CELLULARE.
TRASPORTANO SOLO IONI, IN MANIERA ALTAMENTE SELETTIVA!
SELETTIVA!
NELLA MAGGIORPARTE DEI CASI I CANALI IONICI SONO CONTROLLATI,
CONTROLLATI,
(“GATING
(“
GATING”)
”) CIOE’ SI APRONO E CHIUDONO IN RELAZIONE A RECETTORI
RECETTORI;;
SECONDI MESSAGGERI;
MESSAGGERI; POTENZIALE ELETTRICO DI MEMBRANA O
STIMOLI MECCANICI!
MECCANICI!
CARATTERISTICHE DELLA
DIFFUSIONE FACILITATA
1) SPECIFICITA
SPECIFICITA’;
’;
2) INIBIZIONE/COOPERAZIONE
(MEDIATA DA ALTRI SOLUTI);
3) SATURABILITA
SATURABILITA’’
TRASPORTO ATTIVO
EXTRACELL
Ca++
Na+
Na+
Ca++
Ca++
K+
K+
Na+
Ca++
Na+
K+
K+
Na+
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
BILAYER FOSFOLIPIDICO
-----------------------------------------------K+
K+
Na+
ClCl
Na+
Na+
K+
K+
ClCl
-
INTRACELL
ClCl
Ca++
K+
Ca++
Na+
Na+
Ca++
Na+
Na+
Na+
Ca++
K+
K+
ClCl
-
ClCl
-
1) TRASPORTO ATTIVO PRIMARIO;
2) TRASPORTO ATTIVO INDIRETTO O SECONDARIO
TRASPORTO ATTIVO PRIMARIO
PRINCIPALI RESPONSABILI SONO LE POMPE ATPasiche
ATPasiche..
4 TIPI:
1) P (Es.: POMPA Na+
Na+/
/K+
K+;; POMPA Ca+
Ca+;; POMPA H+
H+));
TRASPORTANO
SOLO IONI
2) V;
3) F (omologhe strutturali delle pompe tipo V);
4) ABC
TRASPORTANO SIA IONI CHE MOLECOLE DI
PICCOLE DIMENSIONI
POMPE DI TIPO “P”
COSTITUITE DI SOLITO DA TETRAMERI α2β2, LA SUBUNITA’ α AD ATTIVITA’ CATALITICA (ATPasica
(ATPasica))
LEGA ATP ED IN PRESENZA DI Mg2+ LO IDROLIZZA AD ADP E Pi.
QUEST’ULTIMO FOSFORILA A SUA VOLTA LA SUBUNITA’ α (DA CUI IL NOME POMPE “P” –
PHOSPHORILATED). LA SUBUNITA’ β SVOLGE UN’ATTIVITA’ MODULATORIA.
ES.: POMPA Na+/K+; POMPA Ca2+; POMPA H+
POMPE DI TIPO “P”
POMPA Na+/K+ ATPasi
CONSENTE IL TRASPORTO DI 3 IONI Na+ VERSO L’ESTERNO
DELLA CELLULA E DI 2 IONI K+ VERSO L’INTERNO DELLA CELL.
CELL.
IN ENTRAMBI I CASI IL TRASPORTO AVVIENE CONTRO
GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE!
E’ PROPRIA DELLE CELLULE ANIMALI, DOVE PIU’ DI 1/3
DELL’ATP PRODOTTO E’ CONSUMATO PER IL SUO FUNZIONAMENTO!
1) POMPA
ELETTROGENICA
2) CONSENTE
IL MANTENIM.
DI EQUIL.
OSMOTICO;
3) PERMETTE
TRASP. ATTIVO
SECONDARIO
DI ZUCCHERI
ED AA.
LA DIGITOSSINA E L’OUABAINA SONO MOLECOLE
STEROIDEE INIBITRICI DELL’AZIONE DELLA POMPA
Na+/K+. IN PARTICOLARE SONO STEROIDI
CARDIOTONICI A CAUSA DEI LORO POTENTI
EFFETTI SUL CUORE.
QUANDO PRESENTI SUL VERSANTE EXTRACELLULARE
DELLA MEMBRANA, TALI SOSTANZE IMPEDISCONO LA
DEFOSFORILAZIONE DELLE SUBUNITA’ α DELLA POMPA.
AD ESEMPIO LA DIGITALE (SOSTANZA ESTRATTA DALLA
Digitalis purpurea
purpurea)) FA AUMENTARE LA FORZA DI
CONTRAZIONE DEL MUSCOLO CARDIACO: E’ UN
FARMACO SELETTIVO PER IL TRATTAMENTO DELLO
SCOMPENSO CARDIACO CONGESTIZIO.
.
L'INIBIZIONE DELLA
NA+/K+
NA+
/K+--ATPasi A SUA
VOLTA CAUSA UN
AUMENTO NON SOLO DEL
NA+ INTRACELLULARE,
MA ANCHE DEL CALCIO,
CHE A SUA VOLTA
PRODUCE UN AUMENTO
DELLA FORZA DI
CONTRAZIONE DEL
MUSCOLO CARDIACO
NEI BATTERI NEI FUNGHI E NELLE CELLULE VEGETALI IL
TRASPORTO ATTIVO DEL Na+ CONTRO GRADIENTE VIENE
EFFETTUATO MEDIANTE TRASPORTO ATTIVO SECONDARIO
SFRUTTANDO ENERGIA DERIVANTE DA TRASPORTO ATTIVO
PRIMARIO DI H+.
POMPA H+ ATPasi
PROPRIA DI BATTERI, FUNGHI E CELLULE VEGETALI.
NEGLI ANIMALI E’ LIMITATA A SPECIFICI CITOTIPI QUALI LE CELLULE EPITELIALI DELLA MUCOSA
GASTRICA. IN QUESTO CASO LA POMPA TRASPORTA H+ VERSO L’ESTERNO E K+ VERSO
L’INTERNO DELLA CELLULA SECONDO UN MECCANISMO DI ANTIPORTO (POMPA
(POMPA
ELETTRONEUTRA).
ELETTRONEUTRA
).
pH DEL SUCCO GASTRICO = 0.8
pH DEL CITOSOL DELLE CELLULE = 7.2
POMPA Ca++ ATPasi
IL Ca2+ E’ IMPLICATO IN MECCANISMI QUALI TRASDUZIONE DEL SEGNALE, CONTRAZIONE
MUSCOLARE ETC…
LA SUA CONCENTRAZIONE INTRACELLULARE è NORMALMENTE 10000 VOLTE < RISPETTO
A QUELLA EXTRACELLULARE. QUESTO CONTROLLO AVVIENE GRAZIE ALL’ATTIVITA’ DI SPECIFICI
CANALI IONICI CHE POSSONO TROVARSI SIA SULLA MEMBRANA CELLULARE (PMCA
(PMCA)) SIA
SULLA MEMBRANA DEL RE (SERCA
(SERCA).
). LA SUBUNITA’ α DI QUESTA PROTEINA DI
TRASPORTO OLTRE A LEGARE ATP E LO IONE Ca2+, LEGA LA CALMODULINA, PROTEINA
CHE LEGA IL CALCIO E CHE A SUA VOLTA ATTIVA LA POMPA Ca2+ ATPasi
ATPasi..
POMPE DI TIPO “V”
TRASPORTANO H+ DAL CITOSOL AL LUME DI LISOSOMI, ENDOSOMI E VACUOLI DELLE CELL
VEGETALI.
DOMINIO V1 RESPONSABILE DEL LEGAME E DELLA IDROLISI
DELL’ATP.
DOMINIO V0 RESPONSABILE DELLA TRASLOCAZIONE DEGLI H+
H+..
AL CONTRARIO DELLE POMPE DI TIPO P NON FORMANO UN
INTERMEDIO FOSFORILATO DOPO IDROLISI DI ATP.
A SEGUITO DELLA IDROLISI DI ATP TRASPORTANO 2 H+ CONTRO
GRADIENTE ELETTROCHIMICO.
Negli osteoclasti (responsabili della degradazione e
riassorbimento osseo) queste pompe causano l’acidificazione e
dissolvimento della matrice ossea mineralizzata.
Negli spermatozoi si trovano a livello dell’acrosoma
dell’acrosoma (ad un basso
pH si attivano le proteasi coinvolte nella fecondazione).
Nelle cellule intercalari del rene l’eliminazione degli ioni H+
determina l’acidificazione delle urine ed il riassorbimento ematico
del bicarbonato.
La presenza di pompe V nelle cellule tumorali sembra correlare
con la capacita’ di queste ultime di metastatizzare.
Mutazioni nei geni che codificano le subunità di queste pompe
causano l’acidosi tubulare renale e l’osteoporosi infantile maligna.
maligna.
POMPE DI TIPO “F”
STRUTTURALMENTE MOLTO SIMILI ALLE POMPE V.
SI TROVANO SULLA MEMBRANA DI BATTERI, MITOCONDRI E CLOROPLASTI.
AL CONTRARIO DELLE POMPE DI TIPO V CHE IDROLIZZANO ATP, QUESTE POMPE SFRUTTANO
L’ENERGIA DEL GRADIENTE DI H+ PER SINTETIZZARE ATP DA ADP E Pi.
Pi.
POMPE DI TIPO “ABC – ATP BINDING CASSETTE”
CASSETTE”
AMPIA SUPERFAMIGLIA DI TRASPORTATORI DI VARI IONI, MOLECOLE, COMPRESI GLUCIDI ED AA.,
CONTRO GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE.
2 DOMINI TRANSMEMBRANA (T)
2 DOMINI CITOPLASMATICI (CHE LEGANO ATP)
i) PERMEASI BATTERICHE;
BATTERICHE;
ii) MDR (MULTIDRUG
(MULTIDRUG--RESISTANCE) NEGLI
EUCARIOTI;
iii) PROTEINA CANALE PER IL Cl- (CFTR – FIBROSI
CISTICA)
POMPE MDR (MULTIDRUG(MULTIDRUG-RESISTANCE)
LA MDR E’ UNA CARATTERISTICA COMUNE A MOLTE CELLULE TUMORALI (CHE OVERESPRIMONO
IL GENE Mdr1) CHE MOSTRANO SPICCATA RESISTENZA ALL’AZIONE DI FARMACI CHEMIOTERAPICI.
TRASPORTO ATTIVO INDIRETTO (O SECONDARIO)
IL TRASPORTO ATTIVO DI ZUCCHERI, AMINOACIDI ED
ALTRE MOLECOLE ORGANICHE CONTRO GRADIENTE DI
CONCENTRAZIONE,,
CONCENTRAZIONE
E’ SPESSO ASSOCIATO AD UN COTRASPORTO
(SIMPORTO OD ANTIPORTO) CON IONI Na+ O H+
Es.: SIMPORTO Na+
Na+/Glucosio
/Glucosio dal lume intestinale verso l’interno
dell’enterocita
dell’
enterocita.. Una volta nell’enterocita
nell’enterocita,, il Glc
passa per diffusione facilitata –mediata da GLUT2GLUT2- al flusso
Ematico!
RIASSUMENDO: PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEL
TRASPORTO DI MEMBRANA
Caratteristica
Diff.
Diff.
semplice
Diff.. facilitata Trasp
Diff
Trasp.. attivo
Comp. di membr
membr..
Responsabile del trasporto
Lipidi
Proteine
Proteine
Legame delle molecole
trasportate
No
Si
Si
Fonte di energia
Grad.. Di Conc
Grad
Conc..
Grad.. Di Conc
Grad
Conc..
Idrolisi di ATP
(Trasp 1°) o Grad
Grad..
Di Conc
Conc.(
.(Trasp
Trasp 2°)
Direz trasp
trasp..
Secondo
Gradiente
Secondo Gradiente
Contro Gradiente
Specificità per alcune classi
di molecole
No
Si
Si
Saturazione ad alte conc
conc.. di
molec trasp
trasp..
No
Si
Si
ESOCITOSI
ENDOCITOSI
GIUNZIONI OCCLUDENTI
(SUPERFICIE “TRAPUNTATA” CHE
IMPEDISCE IL MOVIM. DELLE
SOST.. DISCIOLTE ATTRAV. LO
SOST
SPAZIO INTERCELL)
DESMOSOMI
(COLLEGANO STRETTA=
MENTE CELL. ADIACENTI
E PERMETTONO IL MOVIM.
DI MATERIALE NELLO
SPAZIO INTERCELL)
GIUNZIONI STRETTE
(CONSENTONO LA COMUNIC.
FRA CELL. ADIACENTI)