Trasporto di sostanze in e out dalla cellula

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Flavio Bonelli
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1 Trasporto

2 Trasporto di sostanze in e out dalla cellula Tutte le sostanze che devono entrare o uscire dalla cellula devono passare la barriera della membrana plasmatica

nei lipidi e più facilmente attraversa la membrana

3 Le membrane biologiche sono selettivamente permeabili Più una molecola è piccola e solubile nei lipidi e più facilmente attraversa la membrana Molecole grandi e polari non diffondono attraverso la membrana

4 Permeabilità di membrana Le piccole molecole non polari (O 2,CO 2, N 2, etc.) attraversano rapidamente la membrana Permeabilità ai gas è necessaria per la respirazione cellulare Molecole neutre polari, diffondono rapidamente se sono piccole abbastanza H 2 O Etanolo Glicerolo Veloce Lento Ioni e grandi molecole non diffondono

5 Come si spostano le molecole: La concentrazione regola il movimento delle sostanze (diffusione) Movimento delle particelle dalla zona a concentrazione più alta a quella a concentrazione più bassa, fino a raggiungere una condizione d equilibrio

6 Se c è una barriera semipermeabile non si spostano le sostanze (soluti), ma l acqua (solvente): Osmosi

7 Osmosi Movimento di acqua attraverso una membrana semi permeabile Da una regione a concentrazione maggiore ad una a concentrazione minore Pressione Osmotica

8 Osmosi [Soluto] in A [Soluto] in B Maggiore Minore Tonicità A Ipertonica B Ipotonica Direzione del movimento B -> A Minore Maggiore A Ipotonica B Ipertonica A -> B Uguale Uguale A e B sono Isotoniche Nessun movimento

10 Tipi di Trasporto

11 Tipi di Trasporto Trasporto Passivo Diffusione Semplice o Facilitata Segue il gradiente di concentrazione Le molecole si muovono in discesa libera Trasporto Attivo Muove un soluto contro un gradiente di concentrazione Richiede enzimi e consumo di energia (ATP) Trasporto Vescicolare Invaginazioni delle membrane per formare le vescicole

12 Diffusione Semplice e Facilitata

13 Diffusione Facilitata E una forma di trasporto passivo, non consuma energia Molecole non liposolubili, quindi non in grado di attraversare le membrane Utilizza trasportatori di membrana Diffusione favorita dal gradiente di concentrazione Selettivo e Saturabile Trasporta glucosio, acidi grassi, aminoacidi e nucleotidi se vi è un gradiente di concentrazione favorevole

14 Proteine di trasporto Trasportano molecole solubili in acqua Proteine Carrier Trasportano molecole polari e ioni (piccola o media grandezza) Devono subire un cambiamento conformazionale Proteine Canale Formano un poro idrofilico, trasportano principalmente ioni o acqua (molecole piccole) Acquaporine, trasporto rapido dell acqua (importanti per i processi osmotici) Sono regolabili: Possono essere aperti o chiusi, e sono regolati da ligandi, variazioni di potenziale, pressione o stiramenti

membrana, non contribuendo quindi al gradiente.

15 Esempio di Proteine Carrier Glucosio permeasi dei globuli rossi Glucosio una volta passato viene fosforilato e non può riattraversare la membrana, non contribuendo quindi al gradiente. Questo fa sì che il glucosio entri rapidamente Concentrazione bassa di soluto Concentrazione alta di soluto

16 Trasporto Attivo Trasporto contro gradiente di concentrazione Permette alla cellula di avere alcune sostanze a concentrazione più alta rispetto all esterno Svolto da proteine di membrana specializzate Proteine che pompano le particelle utilizzano energia (ATP) Selettivo Saturabile

17 Pompe Ioniche Sono proteine trans-membrana Lavorano modificando la loro conformazione in maniera ATP dipendente Regolano la pressione osmotica della cellula Possono produrre un gradiente per attivare il trasporto attivo di altre sostanze: Fenomeni di co- trasporto

18 Pompa Sodio- Potassio

19 Pompa Sodio- Potassio Presente in tutte le cellule Sfrutta una molecola di ATP 3Na+ out, 2 K+ in Interno della cellula carico negativamente Crea un Potenziale di Membrana

20 Trasporto Secondario Sono coinvolte proteine carrier e non pompe Non viene speso direttamente ATP, ma viene sfruttata la differenza di potenziale elettrochimico creata dalle pompe ioniche 2 tipi diversi: Antiporto e Simporto

21 Trasporto Secondario o Accoppiato

22 Uniporto Una sola sostanza che si muove sfruttando la differenza di concentrazione Antiporto Trasporto contemporaneo di due specie ioniche o di altri soluti che si muovono in direzioni opposte attraverso la membrana Una secondo gradiente, l altra contro gradiente Simporto Flusso di un soluto secondo gradiente per muovere un'altra molecola contro gradiente ma il movimento avviene in questo caso attraversando la membrana nella stessa direzione

23 Esempio di Co-Trasporto Pompa Na + /K + mantiene basso il Na intracellulare Na + passa dall esterno all interno attraverso il cotrasportatore Na + /Glucosio Il glucosio passa quindi nel sangue per diffusione facilitata

24 Trasporto Vescicolare

25 Trasporto Vescicolare - Le Vescicole permettono di separare dal resto della cellula il materiale da veicolare - Le Vescicole permettono la fusione con la membrana plasmatica riversando il materiale dal lato opposto

26 Trasporto Vescicolare

27 Trasporto Vescicolare Formazione di vescicole che trasportano sostanze dentro o fuori la cellula Esocitosi e gemmazione Trasporto al di fuori della cellula Endocitosi Trasporto all interno della cellula

28 Traffico Vescicolare

29 Endocitosi

30 Pinocitosi Letteralmente: la cellula beve Importo di fluidi che vengono rilasciati nel citosol (non selettivo) Riciclaggio della membrana Micropinocitosi e Macropinocitosi

31 Macropinocitosi (fino a 200µm) Micropinocitosi (65nm)

32 Endocitosi mediata da recettore Importo specifico di molecole (Ligandi) legate a proteine di membrana (Recettori) Mediato da vescicole rivestite: Il rivestimento permette di concentrare i recettori e di invaginare la membrana

33 Endocitosi mediata da recettore

34 Endocitosi mediata da recettore

35 Clatrina: tre bracci disposti a 120 (Triscelio) Formano esameri o pentameri Legano recettori tramite adattine

36 Chiusura delle vescicole endocitarie

37 Perdita del rivestimento proteico Necessario per permette alla vescicola di fondersi con la struttura di destinazione

38 Destino del contenuto delle vescicole

39 Endocitosi permette l ingresso di molti tipi di macromolecole Metaboliti Fattori di crescita, citochine, ormoni Agenti patogeni

40 Endocitosi mediata da recettore: LDL

41 Endocitosi mediata da recettore: LDL

42 Ipercolesterolemia familiare

43 Endocitosi mediata da recettore: transferrina

44 Endocitosi mediata da recettore indipendente dalla clatrina Caveole: invaginazioni della membrana plasmatica Si formano a partire da zattere lipidiche (lipid rafts) Abbondanti nei muscoli e adipociti Degradazione di alcuni recettori di membrana (Insulina)

45 Transcitosi nelle cellule endoteliali Trasporto di macromolecole in entrambe le direzioni Le vescicole pino-endocitotiche attraversano la cellula rapidamente (2-3 minuti) Facilmente osservabile nelle cellule endoteliali dei capillari continui

47 Fagocitosi Letteralmente: la cellula mangia Particelle di materiale > 250 nm Alcune cellule sono specializzate nell attività fagocitaria: Granulociti Neutrofili Macrofagi Dendritiche

48 Pseudopodi

49 Fagocitosi Permette l internalizzazione di patogeni o cellule morte Processo selettivo mediato da diverse classi di recettori: recettori Toll-like, recettori immunoglobuline, recettori del complemento, recettori fosfatidil serina (cellule morte) Scopo: degradare materiale ingerito; produrre antigeni per la risposta immune

50 Fagocitosi

51 Esocitosi

La fusione di vescicole intracellulari con la membrana plasmatica per il rilascio del loro contenuto all esterno Vari contenti: matrice extra cellulare, prodotti di scarto,

52 La fusione di vescicole intracellulari con la membrana plasmatica per il rilascio del loro contenuto all esterno Vari contenti: matrice extra cellulare, prodotti di scarto, enzimi, ormoni, neurotrasmettitori Esocitosi NB: Fusione delle vescicole con la membrana plasmatica determina accrescimento e quindi deve essere compensata da endocitosi/pinocitosi

53 Esocitosi Costitutiva Fusione non regolata delle vescicole con la membrana plasmatica Esempi: Componenti della ECM da parte di fibroblasti, Anticorpi da parte dei linfociti B Rivestite da proteine COP-I

54 Regolata Esocitosi Indotta in cellule specializzate quali le ghiandolari endocrine e esocrine, o cellule nervose Un ligando esterno lega un recettore di membrana e attiva la fusione delle vescicole per il rilascio di ormoni, neurotrasmettitori, etc. Questo è possibile perché il recettore attiva una cascata di eventi intracellulare (es.: aumento concentrazione ioni calcio) che stimola la fusione. Rivestite da clatrina

55 Esocitosi costitutiva o regolata Le vescicole rilasciate tramite esocitosi provengono dall apparato di Golgi e vanno spontaneamente nella via secretoria, non necessitando di particolari sequenze di smistamento.

56 Basi molecolari della fusione tra membrane Proteine importanti per l ancoraggio: proteine RAB e le proteine laccio. Proteine importanti per la fusione: proteine SNARE. Modello valido anche per le vescicole che devono fondere con altre membrana bersaglio intracellulari (non solo per l esocitosi)

dalla Membrana Plasmatica (Gemmazione) o dai Corpi Multivescicolati (Esososomi) Varie

57 Rilasciati come vescicole, non fondono con la membrana plasmatica Permettono il trasporto inter-cellulare Possono agire da messaggeri (possono contenere anche mrna) Originano dalla Membrana Plasmatica (Gemmazione) o dai Corpi Multivescicolati (Esososomi) Varie funzioni: Coagulazione, Angiogenesi, Sviluppo, Risposta Immune Vescicole di Gemmazione ed Esosomi

58 Traffico Vescicolare

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