Diffusione facilitata Trasporti mediati da proteine di membrana: i trasportatori

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1 Diffusione facilitata Trasporti mediati da proteine di membrana: i trasportatori I trasportatori somigliano agli enzimi: catalizzano la traslocazione dei substrati da una parte all altra della membrana secondo la reazione: S est + C S est C S int C S int + C

2 TRASPORTATORI LEGANO IONI O MOLECOLE SPECIFICHE Il legame con la molecola trasportata provoca un cambiamento conformazionale e quindi il passaggio

3

4 Canale ionico Spazio extracellulare Citosol Trasportatore Da 10 a 100 milioni di ioni/sec Cambiamento conformazionale Da 100 a molecole/sec

5 (a) Diffusione passiva attraverso la membrana Velocità di flusso (b) Trasporto passivo attraverso canali L entità del trasporto facilitato di una sostanza dipende dalla velocità con cui ogni singolo trasportatore effettua il proprio ciclo e dal numero di proteine trasportatrici presenti nella membrana cellulare Velocità di flusso (c) Trasporto mediato da carrier (passivo o attivo) Velocità di flusso trasportatori occupati Concentrazione extracellulare di substrato J max c s J= K m +C s J= flusso unidirezionale, numero di molecole/tempo J max = flusso unidirezionale massimo (tutti i trasportatori sono occupati) C s = concentrazione del substrato K m = costante di Michaelis-Menten. Corrisponde alla concentrazione di substrato che da luogo ad un flusso pari alla metà di J max

6 Trasporto del glucosio Velocità di assunzione di glucosio (v) Concentrazione esterna di glucosio (mm) Tre principali caratteristiche distinguono un trasporto dalla diffusione passiva: La velocità della diffusione facilitata è molto maggiore di quella della diffusione passiva Il trasporto è specifico Il trasporto avviene attraverso un numero limitato di porte Il trasporto facilitato mediato da carrier è: selettivo, saturante, stereospecifico e presenta inibizione competitiva

7 Uniporto: GLUT1 (ubiquitario) - Famiglia di dodici trasportatori: GLUT (glucose transporter) - GLUT1 è il primo ad essere stato caratterizzato 12 segmenti transmembrana Estremità N e C terminali citoplasmatiche Presenta due siti putativi di N-glicosilazione

8 SGLT (sodium dependent glucose transporter) Trasporto attivo secondario Il funzionamento del trasportatore è dipendente dal gradiente di concentrazione del Na + : il blocco uscita Na + dalla cellula (riduzione [Na + ] e ) riduce il funzionamento dei trasportatori Na + -dipendenti Se la direzione del gradiente di Na + viene invertita sperimentalmente si inverte anche la direzione del trasporto Trasporto dipende dalla presenza dello zucchero Esempi altri trasportatori: Na + /amminoacido alanina Na + -Cl - /neurotrasmetttori

9 Il co-trasporto Na + -D-glucosio determina l assorbimento intestinale ed il riassorbimento renale del glucosio Enterociti

10 Antiporto Cl - /HCO 3 - Meccanismo flip-flop consecutivo Altri esempi antiporto: Na + /Ca 2+ (membrana cellule) Na + /H + (tubulo prossimale rene mammiferi)

11 Trasportatori nella regolazione osmotica del volume cellulare Gli scambiatori Na + /H + e Cl - /HCO 3 - e la Na + -K + -ATPasi intervengono nella regolazione del volume cellulare << ph attiva sistemi trasporto

12 Il trasporto attivo primario: Le classi di proteine di trasporto ATP-dipendenti. (ATP binding cassette) Tutte le cellule viventi spendono continuamente energia chimica per mantenere le concentrazioni ioniche ai due lati della membrana ben lontane dalla condizione di equilibrio

13 Esempi di trasporto attivo primario

14 Modello meccanico di trasporto attivo

15 Trasporti attivi primari: Na + /K + -ATPasi La Na + /K + -ATPasi mantiene i gradienti di Na + e K + tra l ambiente intra- ed extra-cellulare

16 Na + /K + -ATPasi: modello di funzionamento Caratteristiche strutturali: Na + K + Complesso costituito da almeno 2 subunità: Alfa (100 KDa); Beta (45-50 KDa) Na + Caratteristiche funzionali del trasporto: contro gradiente di concentrazione elevata selettività ATP-dipendente inibito da veleni metabolici e da agenti bloccanti specifici (ouabaina) K + Na + K + pompa reogenica (movimento netto di carica) ed elettrogenica (effetto misurabile sul voltaggio di membrana)

17 Il funzionamento della pompa dipende dal K + esterno e dall ATP Circa il 25% dell ATP viene utilizzato per il funzionamento di questa pompa. Nei neuroni, questa percentuale può salire fino al 70% L attività della pompa è regolata da ormoni: Ormoni tiroidei (vari tessuti, regola la sintesi) Aldosterone (rene, regola la sintesi) Insulina (aumento attività, sintesi o inserimento in membrana)

18 Ca-ATPasi del reticolo sarcoplasmatico [Ca 2+ ] 10-2 M Mg 2+ + La Ca 2+ -ATPasi mantiene bassa la concentrazione del calcio nelle cellule (Km = 10-7 M)

19 ESOCITOSI

20 ESOCITOSI

21 ENDOCITOSI: fagocitosi, pinocitosi e endocitosi mediata da recettore FAGOCITOSI (fagosoma)

22 ENDOCITOSI: fagocitosi, pinocitosi e endocitosi mediata da recettore PINOCITOSI

23 Endocitosi mediata da recettore

24 Endocitosi mediata da recettore

25

26 Transcitosi

27 Adesione cellulare Legame omotipico Legame eterotipico 5.5

28 Le giunzioni strette (Tight Junctions) prevengono il passaggio di molecole attraverso lo spazio circostante alle cellule e definiscono regioni funzionali della membrana plasmatica impedendo la migrazione delle proteine sulla superficie cellulare. Membrane plasmatiche Lume dell'intestino Spazio intercellulare Proteine di giunzione Membrane plasmatiche Spazio intercellulare Placca citoplasmatica (actinina, actina) Caderina Fibre di cheratina associate con la placca citoplasmatica Una cellula epiteliale Membrana plasmatica I desmosomi permettono alle cellule di aderire fortemente le une alle altre.

29 SI: ioni, amminoacidi, zuccheri, nucleotidi NO: proteine, acidi nucleici, polisaccaridi Lume dell'intestino Spazio intercellulare Canale idrofilico (5 nm) 2-4 Spazio di 2-4 nm Connessoni Membrane plasmatiche Accoppiamento elettrico e metabolico Gap junctions (Giunzioni comunicanti): canali acquosi che permettono il passaggio diretto di ioni inorganici e di piccole molecole idrosolubili (almeno fino a 500 dalton) dal citoplasma di una cellula nel citoplasma di un altra cellula. Una cellula epiteliale Membrana plasmatica

30 Dimostrazione sperimentale dell esistenza di gap junctions Lo stato di apertura delle gap junctions è altamente regolato

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