Funzioni della membrana plasmatica

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1 TRASPORTO

2 M.P. -Omeostasi cellulare Funzioni della membrana plasmatica Mantenimento della conc. intracell. di ioni e molecole entro valori corretti Scambi interno - esterno Non c è consumo E Consumo E - Impermeabile ioni e molecole polari - Permeabile sostanza apolari E una membr. semipermeabile Permeasi specifiche: Osmosi Flusso di acqua da una soluz. più diluita a una più concentrata Trasporto passivo - Trasporto attivo (Segue il gradiente di conc.) Uniporti:metabolita trasport. all interno e all esterno secondo gradiente Simporto o cotrasporto Antiporto: in senso opposto Caratteristica: Diffusione facilitata n limitato di permeasi (Sostanza entra fino ad un valore di saturazione)

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4 (Isomero D) (Antiporto)

5 Direzione del trasporto dell ossigeno, dell anidride carbonica e del bicarbonato negli eritrociti. La CO 2 non è molto solubile in citoplasma o sangue.

6 La diffusione tende sempre al minimo di E. L E libera è ridotta al minimo quando le molecole si spostano secondo il loro gradiente di concentrazione. L acqua tende a spostarsi dalle regioni a [ ] di soluto più bassa (con E libera più elevata) alle regioni a più elevata [ ] di soluto (con E libera più bassa). Quando un soluto è disciolto in acqua, le sue molecole interrompono le interazioni tridimensionali ordinate che avvengono tra le singole molecole di ACQUA: così l ENTROPIA e l E libera della soluzione

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8 Reazione delle cellule animali e vegetali ai cambiamenti dell osmolarità.

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10 I doppi strati lipidici sono + permeabili alle molecole più piccole che a quelle più grosse. Le piccole molecole importanti per le funzioni cellulari sono l acqua, l ossigeno e CO 2. Quanto più una sostanza è idrofoba tanto più facilmente attraversa una membrana. I doppi strati sono impermeabili agli IONI. Il gradiente ionico deve essere mantenuto!

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15 Le proteine canale invece non cambiano conformazione: PORI: passano molecole fino a 600 D. CANALI IONICI: passano ioni (più piccoli). Il movimento attraverso i canali è + veloce perché non c è variazione conformazionale Proteina carrier (detta anche TRASPORTATORE o PERMEASI): sono analoghe agli enzimi (cinetica) Cambiamento conformazionale Si lega alle molecole del soluto in modo da proteggerne i gruppi polari o provvisti di carica, dalla parte interna apolare della membrana. Specificità

16 Diffusione facilitata del glucosio mediante trasportatore GluT1 (Uniporto). Eritrocita. Le proteine carrier sono spesso soggette ad inibizione competitiva. Es: la velocità di trasporto del Glu viene ridotta in presenza di altri zuccheri trasportabili come galattosio e mannosio.

17 [ ] di Glu nel plasma: mg/ml GluT1: proteina integrale di membrana con 12 segmenti idrofobi transmembrana. GluT2: (trasportatore di Glu delle cellule epatiche): Trasporta il Glu fuori dalle cellule quando il glicogeno epatico viene depolimerizzato per rifornire la scorta di Glu del sangue. In generale: Il Glu appena entrato nella cellula viene fosforilato e quindi metabolizzato. Questo fa sì che la [ ] di Glu in una cellula rimanga bassa. La fosforilazione del Glu trattiene il Glu nella cellula poiché il trasportatore non riconosce la forma fosforilata dello zucchero: Ottimo stratagemma.

18 Struttura pompa Na-K Trasporto attivo Le sostanze si muovono contro gradiente Ioni: Na+,H +,Ca++ Molecole: Aa, glucosio, zuccheri Questa pompa Mantiene potenz. Elettr. + all esterno co-trasporta glucosio Meccanismo

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21 CANALI IONICI. Selettivi: 1 solo tipo di ione ( Na +, K +, Ca ++, Cl - ) Controllati: possono essere aperti o chiusi, es: Es: -Canali a controllo di potenziale -Canali a controllo di ligando (sostanze specifiche) -Canali a controllo meccanico PORINE. I pori sono più larghi e meno specifici. I pori sono costituiti da proteine trans-membrana multipasso: porine. I segmenti trans-membrana sono ripiegati a foglietto β cilindrico chiuso (β barrel) che ha nella parte centrale un poro ripieno d acqua. Parte interna idrofila. Parte esterna a contatto con i lipidi: idrofoba. Passano le molecole in funzione della dimensione dei pori.

22 In alcuni tessuti è stata scoperta una famiglia di proteine canale denominate acquaporine che facilitano il flusso molto veloce delle molecole d acqua all interno o all esterno delle cellule di specifici tessuti che richiedono questa capacità (es: tubuli prossimali dei reni, eritrociti; piante). Sono proteine integrali di membrana con 6 segmenti transmembrana elicoidali. TRASPORTO ATTIVO Movimento contro gradiente mediato da proteine (POMPE). Rende possibile l assorbimento di sostanze nutrit. essenziali, dall ambiente o dai liquidi circostanti, anche quando la loro [ ] ext è più bassa. Al contrario sostanze nocive alla cellula possono essere espulse anche se la loro [ ] int è più bassa. Consente alla cellula di mantenere le [ ] int di ioni inorganici specifici (K +, Na +, Ca ++ e H + )

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25 CONFRONTO FRA TRASPORTO ATTIVO DIRETTO E INDIRETTO (Monosaccaridi o Aa) ATPasi di trasporto (o Na + ) Il passaggio esoergonico di H + verso l interno fornisce l E per trasportare il soluto contro gradiente! Il trasporto attivo è direzionale. Il trasporto attivo indiretto può essere SIMPORTO o ANTIPORTO. H + preferito da batteri, funghi e piante. Na + : cellule animali

26 ATP asi di tipo P (P: fosforilazione). fosforilate in maniera reversibile Viene fosforilato un residuo di ac. Aspartico Singolo polipeptide: 8-10 segmenti trans-membrana a zig-zag. Responsabili del mantenimento del gradiente ionico Pompa Na + / K + H + ATPasi responsabile della acidificazione del succo gastrico K + batterica

27 ATPasi di tipo V (V: vescicola) - Pompano protoni in organuli quali Vescicole Vacuoli Endosomi Complesso di Golgi -Non subiscono fosforilazione -Formate da 2 componenti: 1 integrale di membrana 1 periferica sulla superficie della membrana. Il componente periferico contiene il sito di legame per l ATP e quindi ATTIVITA ATPasi

28 In batteri, mitocondri e cloroplasti ATPasi di tipo F (F: fattore) Rappresentano parte integrante del meccanismo che conserva l E delle radiazioni solari o della ossidazione di un substrato sotto forma di ATP implicate nel trasporto di H + 2 componenti entrambi costituiti da complessi con + subunità: - Componente integrale (F 0 : poro transmembr. per H + ) - Componente periferico F 1 : contiene sito di legame per ATP. Possono sfruttare E che deriva per idrolisi di ATP per pompare H + contro gradiente Catalizzano anche processo inverso: il flusso esoergonico di H + secondo gradiente elettrochimico: Viene usato per sintetizzare ATP. In questo caso si chiamano ATPsintetasi.

29 ATPasi di tipo ABC (ABC: cassetta che lega l ATP) Cassetta: indica i domini catalitici della proteina che legano l ATP come parte integrante del processo di trasporto. Ampia famiglia di proteine di trasporto tra loro correlate per sequenza e forse anche per meccanismo molecolare In procarioti e eucarioti 4 domini: 2 integrali idrofobici e 2 sul lato citoplasmatico della membrana - I 2 domini integr. Sono ciascuno costituiti da 6 segmenti e formano il canale per il soluto - I 2 domini periferici legano ATP e accoppiano la sua idrolisi al trasporto Trasportano non solo cationi (come le altre ATPasi) ma anche ioni, zuccheri, Aa, peptidi e polisaccaridi Alcuni pompano antibiotici o altri farmaci fuori dalla cellula resistenza al farmaco

30 Alcuni tumori umani sono resistenti a molti farmaci normalmente abbastanza efficaci nell arrestare la crescita tumorale: proteina di trasporto per la resistenza ai farmaci (+ tipi di farmaci): MDR. Sfrutta l E dell idrolisi dell ATP per pompare fuori farmaci idrofobi. Nella fibrosi cistica il paziente accumula muco denso nei polmoni: Mal funzionamento di un trasportatore ABC. E particolare perché l E dell ATP viene usata per l apertura del canale e non per attivare un trasporto.

31 BATTERIORODOPSINA 7 domini α-elica

32 Risultato: Pompaggio vettoriale di protoni dall interno all ext. genera gradiente elettrochimico di H + sfruttato per sintetizzare ATP. Pompaggio di H + avviene in tutti i batteri, mitocondri e cloroplasti energia motrice della terra.

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