5. Trasporto di membrana

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1 5. Trasporto di membrana contiene materiale protetto da copyright, ad esclusivo uso personale; 1 non è consentita diffusione ed utilizzo di tipo commerciale Le membrane biologiche hanno una permeabilità selettiva. 2 1

2 - meccanismi media* da trasportatori risolvono il problema e consentono alla cellula di accumulare solu5 contro un gradiente di concentrazione

3 Tipi di trasporto TRASPORTO PASSIVO TRASPORTO ATTIVO 5 TRASPORTO PASSIVO non richiede energia avviene secondo gradiente di concentrazione ioni e molecole passano dal compartimento a maggior concentrazione verso quello a minor concentrazione avviene in 2 modi diversi 1) Diffusione semplice 2) Diffusione facilitata 3

4 TRASPORTO PASSIVO Legge della diffusione di Fick: J è la velocità di comparsa della sostanza in un fluido A Temperatura costante la velocità di diffusione di una specie non carica attraverso una membrana è dipendente da: 1) Coefficiente di ripartizione per l entrata (K 1 ) e l uscita (K 2 ) della sostanza; 2) Coefficiente di diffusione (D); 3) Spessore della membrana (x); 4) Gradiente di concentrazione (c 1 c 2 ) attraverso la membrana; 5) Superficie (S) della membrana coinvolta nella diffusione. 1. DIFFUSIONE SEMPLICE Avviene in due fasi: 1) passaggio della molecola dalla fase acquosa al doppio strato lipidico: flusso 2) diffusione della molecola nello spessore della matrice lipidica 4

5 permeabilità della membrana è funzione del coefficiente di partizione olio/acqua (K) concentrazione soluto nei lipidi K = concentrazione soluto nell H 2 O La diffusione semplice ha una cinetica di non saturazione 9 Alta permeabilità Coefficienti di permeabilità: cm/sec Velocità di attraversamento della membrana Bassa permeabilità 10 5

6 UN CASO PARTICOLARE DI DIFFUSIONE SEMPLICE: L OSMOSI 11 Osmosi in soluzione Ipertonica La concentrazione di molecole di soluto fuori dalla cellula è più alta della conc. intracellulare; L acqua diffonde fuori dalla cellula fino a ristabilire l equilibrio; Se la cellula perde troppa acqua, si contrae e avvizzisce Osmosi in soluzione Ipotonica La concentrazione di molecole di soluto fuori dalla cellula è più bassa della conc. intracellulare; L acqua diffonde verso l interno della cellula fino a ristabilire l equilibrio; L ingresso di acqua nella cellula ne provoca il rigonfiamento Osmosi in Soluzione Isotonica La concentrazione di soluto fuori e dentro la cellula è uguale; l acqua diffonde verso l esterno e verso l interno alla stessa velocità, per cui il movimento netto è nullo. 12 6

7 questa è la diffusione semplice 13 Il filtro che divide questo recipiente NON consente il passaggio di detta sostanza questa è l osmosi 14 7

8 2. DIFFUSIONE FACILITATA MEDIATA DA CANALI AVVIENE SECONDO GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE POSSONO ESSERE TRASPORTATI IONI 15 La diffusione facilitata è mediata da proteine di membrana integrali multipasso Proteine trasportatrici Proteine canale 16 8

9 PROPRIETA della diffusione facilitata SPECIFICITA SATURAZIONE COMPETIZIONE 17 saturazione competizione 18 9

10 inibizione 19 Le Proteine canale non devono legare il soluto, ma formare un poro idrofilo per il passaggio del soluto nel doppio strato lipidico 20 10

11 I canali ionici sono per la maggior parte selettivi 21 I canali ionici ad apertura controllata rispondono a vari stimoli 22 11

12 Il flusso ionico fa variare il POTENZIALE di MEMBRANA 23 Come si genera e si mantiene il potenziale di membrana? 24 12

13 Potenziale di membrana a riposo L Equazione di Nernst V = potenziale di mebrana (mv) C o = conc ione esterno C i = conc ione interno 25 Selettività dei canali ionici P = regioni polari 26 13

14 Selettività dei canali ionici raggio atomico Na+ < raggio atomico K+ raggio solvatazione Na+ > raggio solvatazione K+ 27 Le proteine trasportatrici si legano al soluto specifico e subiscono cambiamenti di conformazione per il soluto legato attraverso la membrana 28 14

15 Le proteine trasportatrici possono mediare tre tipi di trasporto

16 Simporto Na+ Glucosio (SGLT) 31 Antiporto cloruro bicarbonato 32 16

17 Cl - HCO 3 - L antiporto Cl - /HCO 3 - Meccanismo a ping- pong 33 CARATTERISTICHE CINETICHE DELLA DIFFUSIONE FACILITATA Equazione di Michaelis e Menten: dove S è la concentrazione del substrato J = Diffusione J MAX S Facilitata cessa K all equilibrio M + S 34 17

18 K M di legame Indice affinità della sostanza per proteina carrier: < Km è > affinità S per trasportatore molecola trasportata K M di legame

19 TRASPORTO ATTIVO richiede energia metabolica (ATP) avviene contro gradiente di concentrazione crea gradienti di concentrazione è sempre mediato da proteine di membrana avviene in due modi diversi: 1) Trasporto attivo primario 2) Trasporto attivo secondario 37 TRASPORTI ATTIVI PRIMARI H + Pompa Na + /K + Pompa K + /H + Pompa del Ca 2+ Pompa del H + 3Na + /2K + 4H + /4K + 2Ca 2+ 2H + (1 ATP) 38 19

20 pompa Na + /K + ATPasi PROTEINA TRASPORTATRICE ENZIMATICA costituita da un complesso di due proteine globulari: - subunità α con funzione recettoriale e di legame dell ATP - subunità β (più piccola) con funzioni di ancoraggio dell intero complesso della membrana

21 pompa del Ca 2+ FUNZIONE: mantiene bassa la concentrazione di Ca 2+ intracellulare ( M) nel reticolo sarcoplasmatico delle cellule muscolari scheletriche costituisce l 80% delle proteine membranali Trasporti attivi secondari Trasporti attivi secondari Na + - dipendenti simporto Na + /glucosio simporto Na + /aminoacidi trasportano glucosio e amino acidi all interno delle cellule epiteliali sfruttano il gradiente del Na + vengono scambiati: glucosio, amino acidi, prodotti metabolici, ioni invertendo il gradiente di Na + si invertono i flussi. antiporto Na + / H + contribuisce al mantenimento del ph intracellulare antiporto Na + / Ca 2+ contribuisce a mantenere bassi i livelli di Ca 2+ intracellulare 21

22 TRASPORTO DI MOLECOLE GRANDI MACROMOLECOLE PARTICELLE DI ELEVATE DIMENSIONI PICCOLE CELLULE vengono trasportate per mezzo di vescicole o vacuoli ENDOCITOSI ESOCITOSI 43 endocitosi ed esocitosi 44 22

23 ESOCITOSI 45 ESOCITOSI nei processi di secrezione delle ghiandole esocrine ed endocrine (che secernono ormoni di natura proteica) nella neurosecrezione, cioè nella liberazione, dalle cellule nervose, di neurosecreti (neurotrasmettitori) Le vescicole secretorie, che si aprono per esocitosi, richiedono la presenza di ioni Ca ++ intracellulare la presenza di ioni Mg ++ nella cellula nervosa inibisce l apertura delle vescicole di neurosecreto

24 ENDOCITOSI FAGOCITOSI PINOCITOSI ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORI 47 FAGOCITOSI cellula che mangia : Produzione di vescicole contenenti materiali solidi VESCICOLE GRANDI Vacuolo alimentare o fagosoma CELLULE CON ATTIVITA FAGOCITARIA PROTISTI UNICELLULARI ALIMENTAZIONE GLOBULI BIANCHI DIFESA 48 24

25 PINOCITOSI cellula che beve : Formazione di vescicole riempite di fluido extracellulare VESCICOLE cellular drinking Vescicole più piccole dei fagosomi Incorporano sostanze disciolte e fluidi 49 ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORI Ex Colesterolo legato a Lipoproteine a Bassa densità (LDL) entra nella cellula mediante endocitosi mediata da recettori COATED PIT 50 25

26 ESOCITOSI ENDOCITOSI 51 26