Trasporti attraverso la membranala membrana

Proteine di trasporto

Diffusione Facilitata

Caratteristiche dei trasporti mediati

• I carriers sono dotati di specificità

• Sono soggetti a saturazione

• Possono essere bloccati dagli inibitori competitivi

• Hanno un’elevata dipendenza termica e dal pH• Hanno un’elevata dipendenza termica e dal pH

I trasportatori hanno le caratteristiche di enzimi

• I carriers agiscono cataliticamente come gli enzimi

• Legano selettivamente il loro substrato, cioè lamolecola che deve essere trasportata

• Cambiano di conformazione per rilasciare ilsubstrato dall’altro lato

• Ritornano alla conformazione originale per legareun’altra molecola di substrato

• Seguono una cinetica del tipo Michaelis-Menten

Esempio di Diffusione facilitataIl Trasportatore del Glucosio

Glucosio Permeasi

extracell.

intracell.intracell.

poro: formato da 5 a-eliche transmembrana anfipatiche

Diffusione Facilitatasoluto

statoA

statoB

esterno

interno

gradiente diconcentrazione

bilayerlipidico

interno

sito di legamedel soluto

proteinacarrier

es. Trasportatore del glucosio negli epatocitiLa driving force per il tranporto in qualsivoglia direzione è determinata dal gradiente di concentrazione attraverso la membrana

Le reazioni chimiche accoppiate

Un processo endoergonico può avvenire se esso viene opportunamente accoppiato ad un processo esoergonico

Consideriamo la seguente reazione endoergonica:

A + B →→→→ A-B ∆∆∆∆G>0Affinchè essa possa avvenire deve attingere energia da una reazione esoergonica:

X-P →→→→ X + P + Energia ∆∆∆∆G<0

La sequenza di reazioni accoppiate sarà la seguente:

A + X-P →→→→ A-P + X↓↓↓↓↓↓↓↓A-P + B →→→→ A-B + P

I contenitori di energia nelle cellule

Legami ad alta energia: ATPGTP

Gradienti transmembranari:Gradienti ionici a cavallo del plasmalemma

Contenitori intracellulari di Ca2+

bilayer

proteinacarrier

gradiente di

molecola trasportata

Trasporti passivi e attivi a confronto

bilayerlipidico

diffusionesemplice

mediatada canale

mediata da carrier

trasportopassivo

trasportoattivo

gradiente diconcentraz.

Trasporti passivi e attivi a confronto• Il gradiente di concentrazione attraverso la membrana

determina la direzione e la velocità della diffusione passiva.

• Nella diffusione passiva le molecole si muovono dalla zona ad alta concentrazione a quella a bassa concentrazione (trasporto “in discesa”)

• Diffusione semplice: le molecole diffondono attraverso • Diffusione semplice: le molecole diffondono attraverso il bilayer lipidico

• Diffusione facilitata: diffusione attraverso la membrana mediata da proteine di trasporto (non è richiesta energia)

• Muovere un soluto “in salita” (contro il gradiente di concentrazione) richiede un ingresso di energia -Trasporto Attivo

Na+/K+ ATPasi

Na+/K+ ATPasi• La pompa idrolizza l’ATP ad ADP per trasportare

simultaneamente 3 Na+ dalla cellula e 2 K+ dentro la cellula ad ogni ciclo della pompa

• La Na+-K+ ATPasi è responsabile di >30% del consumo totale di ATP

• Mantiene un gradiente del Na+ (ext>int) e del K+ (int>ext)• Contribuisce a creare un potenziale di membrana negativo • Contribuisce a creare un potenziale di membrana negativo

all’interno• È bloccata dalla ouabaina

Ione Intracellulare ExtracellulareNa+ 5-15 mM 145 mMK+ 140 mM 5 mM

Ciclo della pompa Na+/K+ ATPasi

ext

intil Na si legaal sito citosolico

fosforilazioneATP-dipendente

la proteina subisce un cambiamento conformazionale, il Na è rilasciato all’esterno

il K si legaal sito extracellularecitosolico al sito extracellulare

defosforilazione

la proteina ritorna alla conformazione originale,il K è rilasciato all’interno

1 ciclo ≈≈≈≈ 10 millisecondi

Alcune importanti caratteristiche della pompa

Stechiometria - 3 Na+ fuori, 2 K+ dentro, 1 ATP usato

Velocità di attività dipendente dalla concentrazione intracellulare di Na+

Bloccata dal glicoside cardiaco ouabaina e bassa [ATP]i

Stechiometria - 3 Na+ fuori, 2 K+ dentro, 1 ATP usato

Elettrogenica, può generare direttamente da -2 a -20 mV

Tiene la pressione osmotica sotto controllo, prevenendo il rigonfiamento cellulare

Gradiente elettrochimico • A cavallo della membrana della maggior parte delle cellulec’è una differenza di potenziale elettrico – il potenziale dimembrana

• Il potenziale di membrana influenza il movimentotransmembrana di tutte le molecole cariche (ioni)

• Il lato citoplasmatico della membrana plasmatica di solito haun potenziale più negativo rispetto all’esternoun potenziale più negativo rispetto all’esterno

• La forza elettrostatica spinge i cationi nella cellula e guidagli anioni fuori

• Quindi, quando consideriamo la diffusione passiva di soluticarichi attraverso una membrana, due forze devono essereconsiderate:

• (a) il gradiente di concentrazione transmembrana• (b) la differenza di potenziale transmembrana• La driving force netta = Gradiente Elettrochimico

In base a quanto detto a lezione, stabilire se la pompa Na+/K+,che è elettrogenica dal momento che trasporta un numeronetto di cariche elettriche, aumenterà o diminuirà la suavelocità d’azione qualora la membrana venga depolarizzata.

Ricordarsi che una depolarizzazione comporta un aumento

Quesito del giorno

Ricordarsi che una depolarizzazione comporta un aumentodelle cariche positive all’interno della cellula rispetto allasituazione di riposo (potenziale di riposo).

molecola trasportata ione co-transportato

Alcune definizioni

ione contro-transportato

Uniporto Simporto AntiportoTrasporti accoppiati

Altri esempi di trasporti attivi primari

Trasporti accoppiati al gradiente di NaNelle cellule animali molti processi di trasporto di membrana sono accoppiati al gradiente del Na.

Es. Trasporto del glucosio in cellule dell’epitelio intestinale

Na+ glucosiostatoA

statoB

gradientedi Na gradiente

di glucosio

int

ext

carrier

Stechiometria: 2 Na+ ���� 1 GlcBloccante: florizina

Altri esempi di trasporti attivi secondari

Una cellula si trova immersa in una soluzioneextracellulare contenente glucosio 10 mM. Trascorso uncerto tempo la concentrazione di glucosio nel citoplasmasale a 50 mM.

Secondo voi, perche’ cio’ prova che la membranaplasmatica di quella cellula dispone di un trasportatore

Quesito del giorno

plasmatica di quella cellula dispone di un trasportatoreattivo del glucosio?

Come fareste a dimostrare sperimentalmente che taletrasportatore e’ Na+-dipendente (trasporto attivosecondario)?

Mantenimento dei livelli di Ca2+ intracellulare

• Il Ca2+ è coinvolto in molti processi cellulari

• Il mantenimento di bassi livelli di Ca2+ intracellulare è criticofor il normale funczionamento cellulare

• La [Ca2+] extracellulare >>>> della [Ca2+] intracellulare

• Le pompe del Ca2+ ATP-dipendenti della membranaplasmatica e del reticolo endoplasmatico pompanoattivamente Ca2+ fuori dal citoplasma

• Esiste anche uno scambiatore Na/Ca (T.A.II) che pompaattivamente Ca2+ fuori dalla cellula

Concentrazioni ioniche intracellulari ed extracellulari

Ione Intracellulare ExtracellulareNa+ 5-15 mM 145 mMK+ 140 mM 5 mMMg2+ 0.5 mM 1-2 mMCa2+ 10-7 mM 1-2 mMH+ 10-7.2 M (pH 7.2) 10-7.4 M (pH 7.4)H+ 10-7.2 M (pH 7.2) 10-7.4 M (pH 7.4)

Cl- 5-15 mM 110 mMAnioni fissi high 0 mM

La [intracellulare] è molto diversa dalla [extracellulare]I cationi sono bilanciati dagli anioni

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Bioenergetics.doc