modalita` modalita` di trasporto trasporto attraverso le membrane
by user
Comments
Transcript
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)