Permeabilità di un doppio strato fosfolipidico artificiale (privo di proteine)

Transcript

1 Permeabilità di un doppio strato fosfolipidico artificiale (privo di proteine) Possono superare la barriera fosfolipidica: le molecole idrofobiche come i lipidi, piccole molecole polari senza carica

2 Permeabilità di un doppio strato fosfolipidico artificiale (privo di proteine) Non possono superare la barriera fosfolipidica: zuccheri e aminoacidi, molecole relativamente grandi e fortemente polari o cariche, e gli ioni carichi.

3 Permeabilità di un doppio strato fosfolipidico artificiale (privo di proteine) L acqua attraversa la membrana con diversi meccanismi ancora non completamente chiariti: Il passaggio può avvenire direttamente attraverso il doppio strato fosfolipidico senza l intervento di proteine, ma con velocità molto bassa

4 Permeabilità all acqua: principio dell osmosi

5 Permeabilità all acqua: principio dell osmosi In molte cellule il passaggio dell acqua avviene con maggiore velocità per la presenza di pori proteici, le acquaporine

6 Permeabilità all acqua: principio dell osmosi L espressione artificiale di acquaporine in ovociti di rana (sopra) aumenta la loro permeabilità all acqua rispetto al controllo (sotto). Le cellule sono esposte ad una soluzione ipotonica e quella esprimente le acquaporine si rigonfia fino a scoppiare

7 Permeabilità della membrana cellulare Nelle membrane cellulari, la presenza delle proteine facilità il passaggio di molte molecole

8 Permeabilità della membrana cellulare Le membrane cellulari sono quindi permeabili a molecole come ad esempio zuccheri, aminoacidi, nucleotidi, ioni Questa permeabilità è selettiva: ad esempio attraverso i canali per il Na + non passa il K +

9 Proteine di trasporto 1) Trasportatori 2) Canali

10 Proteine di trasporto 1) Trasportatori 2) Canali

11 Trasporto passivo ed attivo Trasporto passivo....e trasporto attivo Canali e trasportatori Trasportatori

12 Trasporto passivo ed attivo

13 Canali ionici Canali a controllo di potenziale: Si aprono quando la differenza di potenziale tra i due lati della membrana raggiunge un determinato valore.

14 Canali ionici Canali a controllo di ligando: Si aprono in seguito al legame di una proteina del canale con una specifica molecola.

15 Canali ionici Canali a controllo meccanico: Si aprono in seguito a una stimolazione meccanica del canale

16 Canali ionici per l apertura di tutti i tipi di canale vale la regola del TUTTO O NULLA. Un canale a controllo di potenziale ha una SOGLIA di attivazione: se il potenziale non raggiunge un determinato valore-soglia rimane chiuso, raggiunta la soglia sarà completamente aperto. Non esistono stati di apertura parziale. Nel caso dei canali a controllo di ligando, la quantità del ligando può modificare il numero di canali aperti, non il grado di apertura di ognuno di essi.

17 Trasporto passivo ed attivo

18 Trasporto passivo: diffusione facilitata (secondo gradiente) Il passaggio di molecole attraverso la membrana, la selettività e il suo controllo richiedono l intervento di vettori proteici L energia necessaria per eseguire i cambiamenti di conformazione del vettore e per i movimenti del ligando è fornita dal gradiente stesso

19 Trasporto passivo: diffusione facilitata (secondo gradiente) Il passaggio di molecole attraverso la membrana, la selettività e il suo controllo richiedono l intervento di vettori proteici L energia necessaria per eseguire i cambiamenti di conformazione del vettore e per i movimenti del ligando è fornita dal gradiente stesso Ma qual è la velocità (cinetica) di un fenomeno che richiede l intervento di un operatore? (trasporto di membrana da parte di proteine vettrici, sbucciatura di noccioline da parte di una scimmia, etc)

20 Per poter sgusciare una nocciolina la scimmia deve: Trovarla, e questo richiederà un tempo inversamente proporzionale alla abbondanza di noccioline Sgusciarla: questo richiede un tempo fisso, non dipendente dalla abbondanza di noccioline Noccioline/ 10 mq Tempo di Ricerca (s) Tempo di Esecuzione (s) Tempo totale / nocciolina (s) Velocità (nocciolina /s ) , , ,0385

21 A quale velocità una scimmia sguscia delle noccioline? Noccioline/ 10 mq Tempo di Ricerca (s) Tempo di Esecuzione (s) Tempo totale / nocciolina (s) Velocità (nocciolina /s ) , , , ,5 1 13,5 0, ,25 1 7,25 0, , ,125 0, , ,5625 0, , ,7813 0, , ,3906 0, , ,1953 0, , ,0977 0, , ,0488 0,9534

22 Vmax La cinetica di sgusciamento delle noccioline 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Concentrazione delle noccioline (noccioline/ 10 mq) L andamento è asintotico, con una velocità massima che tenderà, (ma non potrà mai raggiungerlo), ad un valore pari al solo tempo di esecuzione dello sgusciamento: per quanto piccolo, il tempo necessario per trovare la nocciolina è maggiore di zero La velocità massima raggiungibile da una scimmia nello sgusciare una nocciolina (o da una proteina trasportatrice a trasportare una molecola) è una caratteristica propria della scimmia (o della proteina). La velocità complessiva del sistema dipenderà dal numero di scimmie (o di proteine vettrici) e dalla quantità di noccioline (o molecole da trasportare)

23 Trasporto attivo: contro gradiente

24 Trasporto accoppiato

25

26 Trasporto attivo: contro gradiente Le pompe ioniche

27 Trasporto attivo: contro gradiente Le pompe ioniche Pompa Na + -K + Pompe protoniche mitocondriali Pompe protoniche lisosomiali Pompa sodio-potassio