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1 MODALITA DI TRASPORTO ATTRAVERSO LE MEMBRANE BIOLOGICHE

2 LA MEMBRANA CELLULARE E SELETTIVAMENTE PERMEABILE, CIOE SOLO DETERMINATI TIPI DI MOLECOLE POSSONO AT= TRAVERSARLA LIBERAMENTE (PICCOLE MOLECOLE POLARI; GAS O MOLECOLE IDROFOBICHE)!

3 IL TRASPORTO ATTRAVERSO LA MEMBRANA PUO AVVENIRE SECONDO TRE DIVERSE PRINCIPALI MODALITA : 1) DIFFUSIONE SEMPLICE; 2) DIFFUSIONE FACILITATA; NO ATP 3) TRASPORTO ATTIVO. SI ATP

4 1) DIFFUSIONE SEMPLICE: AVVIENE SECONDO GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE. LE MOLECOLE PASSANO LIBERAMENTE ATTRAV. IL BILAYER FOSFOLIPIDICO. LA VELOCITA DI PASSAGGIO DELLE MOLECOLE E INFLUENZATA DA DIMENSIONE; LIPOFILIA; E TEMPERATURA; 2) DIFFUSIONE FACILITATA MEDIATA DA PERMEASI O CARRIER: AVVIENE SECONDO GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE. GROSSE MOLECOLE POLARI (Es.: GLUCOSIO) PASSANO ATTRAVERSO LA MEMBR PER MEZZO DI PROTEINE PERMEASI O CARRIER; 3) DIFFUSIONE FACILITATA MEDIATA DA CANALI: AVVIENE SECONDO GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE. POSSONO ESSERE TRASPORTATI SOLO IONI; 4) TRASPORTO ATTIVO: PERMETTE IL MOVIMENTO DI SOLUTI CONTRO GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE. E MEDIATO DA PROTEINE ATPasiche CHE IDROLIZZANO L ATP PER RICAVARE ENERGIA (Es.: POMPA Na + /K + ).

5 DIFFUSIONE SEMPLICE AVVIENE, COME DETTO, SENZA CONSUMO DI 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! (Es.: 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 2 MIGRA ANCH ESSO LIBERAMENTE ATTRAVERSO LA MEMBRANA!)

6 UN CASO PARTICOLARE DI DIFFUSIONE SEMPLICE: L OSMOSI ENTRO CERTI LIMITI LA MEMBRANA PLASMATICA E SEMIPERMEABILE: : PERMETTE CIOE IL PASSAGGIO DI SOLVENTE, MA NON DI SOLUTO!

7 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, 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 H 2 O PER OSMOSIU GENERA APPASSIMENTO.

8 PER EVITARE CONSEGUENTE CATASTROFICHE (ECCESSIVO RIGONFIAMENTO O RAGGRINZIMENTO), LE CELLULE DEVONO TROVARSI IN CONDIZIONI ISOTONICHE RISPETTO ALL AMBIENTE EXTRACELLULARE CIRCOSTANTE. A TAL FINE, ANCHE (E SOPRATTUTTO) GRAZIE AL TRASPORTO ATTIVO (V. POMPE ATPasiche) LA CELLULA MANTIENE OSMOLARITA INTERNA PARAGONABILE A QUELLA DELL AMBIENTE EXTRACELLULARE!

9 DIFFUSIONE FACILITATA A) MEDIANTE PERMEASI O CARRIER LE PERMEASI, UNA VOLTA LEGATA LA MOLECOLA DA TRASPORTARE, CAMBIANO CONFORMAZIONE, RENDENDO POSSIBILE IL PASSAGGIO! GLUT1 IN MEMBRANA ERITROCITI

10 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. 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

11 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! NELLA MAGGIORPARTE DEI CASI I CANALI IONICI SONO CONTROLLATI, ( GATING ) CIOE SI APRONO E CHIUDONO IN RELAZIONE A RECETTORI; SECONDI MESSAGGERI; POTENZIALE ELETTRICO DI MEMBRANA O STIMOLI MECCANICI!

12 CARATTERISTICHE DELLA DIFFUSIONE FACILITATA 1) SPECIFICITA ; 2) INIBIZIONE/COOPERAZIONE (MEDIATA DA ALTRI SOLUTI); 3) SATURABILITA

13 TRASPORTO ATTIVO TRASPORTO ATTIVO BILAYER FOSFOLIPIDICO BILAYER FOSFOLIPIDICO Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ Ca++ Ca Cl Cl- Cl Cl- Cl Cl- Cl Cl- Cl Cl- EXTRACELL EXTRACELL INTRACELL INTRACELL

14 1) TRASPORTO ATTIVO PRIMARIO; 2) TRASPORTO ATTIVO INDIRETTO O SECONDARIO

15 TRASPORTO ATTIVO PRIMARIO PRINCIPALI RESPONSABILI SONO LE POMPE ATPasiche. 4 TIPI: 1) P (Es.: POMPA 2) V; / ; POMPA Ca+; POMPA H+); TRASPORTANO SOLO IONI 3) F (omologhe strutturali delle pompe tipo V); 4) ABC TRASPORTANO SIA IONI CHE MOLECOLE DI PICCOLE DIMENSIONI

16 POMPE DI TIPO P COSTITUITE DI SOLITO DA TETRAMERI α 2 β 2, LA SUBUNITA α AD ATTIVITA CATALITICA (ATPasica) LEGA ATP ED IN PRESENZA DI Mg 2+ LO IDROLIZZA AD ADP E P i. 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 Ca 2+ ; POMPA H +

17 POMPE DI TIPO P POMPA Na + /K + ATPasi CONSENTE IL TRASPORTO DI 3 IONI VERSO L ESTERNO DELLA CELLULA E DI 2 IONI VERSO L INTERNO DELLA 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!

18 1) POMPA ELETTROGENICA 2) CONSENTE IL MANTENIM. DI EQUIL. OSMOTICO; 3) PERMETTE TRASP. ATTIVO SECONDARIO DI ZUCCHERI ED AA.

19 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) ) FA AUMENTARE LA FORZA DI CONTRAZIONE DEL MUSCOLO CARDIACO: E UN FARMACO SELETTIVO PER IL TRATTAMENTO DELLO SCOMPENSO CARDIACO CONGESTIZIO.. L'INIBIZIONE DELLA NA+/ /-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

20 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 +.

21 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 VERSO L INTERNO DELLA CELLULA SECONDO UN MECCANISMO DI ANTIPORTO (POMPA ELETTRONEUTRA). ph DEL SUCCO GASTRICO = 0.8 ph DEL CITOSOL DELLE CELLULE = 7.2

22 POMPA Ca ++ ATPasi IL Ca 2+ E IMPLICATO IN MECCANISMI QUALI TRASDUZIONE DEL SEGNALE, CONTRAZIONE MUSCOLARE ETC LA SUA CONCENTRAZIONE INTRACELLULARE è NORMALMENTE VOLTE < RISPETTO A QUELLA EXTRACELLULARE. QUESTO CONTROLLO AVVIENE GRAZIE ALL ATTIVITA DI SPECIFICI CANALI IONICI CHE POSSONO TROVARSI SIA SULLA MEMBRANA CELLULARE (PMCA) SIA SULLA MEMBRANA DEL RE (SERCA). LA SUBUNITA α DI QUESTA PROTEINA DI TRASPORTO OLTRE A LEGARE ATP E LO IONE Ca 2+, LEGA LA CALMODULINA, PROTEINA CHE LEGA IL CALCIO E CHE A SUA VOLTA ATTIVA LA POMPA Ca 2+ ATPasi.

23 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+. 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.

24 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 (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.

25 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.

26 POMPE DI TIPO ABC ATP BINDING 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; ii) MDR (MULTIDRUG-RESISTANCE) RESISTANCE) NEGLI EUCARIOTI; iii) PROTEINA CANALE PER IL Cl - (CFTR FIBROSI CISTICA)

27 POMPE MDR (MULTIDRUG-RESISTANCE) 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.

28 TRASPORTO ATTIVO INDIRETTO (O SECONDARIO) IL TRASPORTO ATTIVO DI ZUCCHERI, AMINOACIDI ED ALTRE MOLECOLE ORGANICHE CONTRO GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE, E SPESSO ASSOCIATO AD UN COTRASPORTO (SIMPORTO OD ANTIPORTO) CON IONI Na + O H +

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30 Es.: SIMPORTO /Glucosio dal lume intestinale verso l interno dell enterocita. Una volta nell enterocita, il Glc passa per diffusione facilitata mediata da GLUT2- al flusso Ematico!

31 RIASSUMENDO: PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEL TRASPORTO DI MEMBRANA Caratteristica Comp. di membr. Responsabile del trasporto Legame delle molecole trasportate Diff. semplice Lipidi No Diff. facilitata Trasp. attivo Proteine Si Proteine Si Fonte di energia Grad. Di Conc. Grad. Di Conc. Idrolisi di ATP (Trasp 1 ) o Grad. Di Conc.(.(Trasp 2 ) Direz trasp. Secondo Gradiente Secondo Gradiente Contro Gradiente Specificità per alcune classi di molecole No Si Si Saturazione ad alte conc. di molec trasp. No Si Si

32 ESOCITOSI

33 ENDOCITOSI

34 GIUNZIONI OCCLUDENTI (SUPERFICIE TRAPUNTATA CHE IMPEDISCE IL MOVIM. DELLE SOST. DISCIOLTE ATTRAV. LO 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)