I TRASPORTI ATTRAVERSO

Biofisica e Fisiologia I

Corso di Laurea Magistrale in “Medicina e Chirurgia”

I TRASPORTI ATTRAVERSO MEMBRANE BIOLOGICHE

Movimenti di piccoli soluti attraverso le membrane

2 categorie generali

Trasporto mediato da carrier

Trasporto semplice

Il movimento ottenuto per mezzo delle proteine carrier èdettoTRASPORTO MEDIATO. Il trasporto mediato può esserepassivo (diffusione facilitata) o attivo (trasporto attivo,primario e secondario).

Trasporto mediato da carrier

• Diffusione Facilitata, ΔG‹0

• Trasporto Attivo, ΔG>0

primario e secondario).

DIFFUSIONE FACILITATA – PROTEINE TRASPORTATRICI

DIFFUSIONE FACILITATA

PROPRIETA’:

-SPECIFICITA’Ogni trasporto mediato è affidato ad un sistema che opera solo per una particolaresostanza o per un gruppo di sostanze simili. Es. il sistema di trasporto per gli AA èdiverso da quello dei monosaccaridi

-SATURAZIONE

Diffusione facilitata

-SATURAZIONEL’intensità del flusso non aumenta in modo proporzionale al ∆C (legge di Fick) ma,al crescere del gradiente tende asintoticamente ad un limite massimo.

-COMPETIZIONEQuando due sostanze simili utilizzano lo stesso sistema di trasporto, iltrasporto dell’una tende a inibire il trasporto dell’altra

SATURAZIONE

COMPETIZIONE

INIBIZIONE

Quando le molecole in competizione non vengono trasportate, ma ostacolano soltanto il trasporto di altri substrati, si parla allora di inibitori competitivi

Nel sistema di trasporto del glucosio, il maltosio è un inibitore: competecon il glucosio per il sito di legame, ma una volta legato è troppo grandeper essere trasportato attraverso la membrana

Modello del Carrier Mobile:

Le molecole di trasportatore per potere fungere da veicoli all’interno dellamembrana cellulare devono avere la capacità di legarsi con la sostanzatrasportata e muoversi, nello spessore della membrana, in accordo con leleggi della diffusione

Applicabile solo per gli ionofori, oligopeptidi generalmente dotati diproprietà antibiotica, che aumentano fortemente la permeabilità adalcune specie ioniche. Es. valinomicina che avvolge lo ione K+

schermandone la carica elettrica e forma un complesso liposolubilecapace di diffondere nella tela fosfolipidica.

Modello del flip-flop:Può spiegare anche i trasportimediati attivi ammettendo che laproteina trasportatrice, traendoenergia direttamente oindirettamente dal metabolismocellulare, subisca una variazioneconformazionale che facciavariare l’affinità dei suoi sitiquando sono esposti verso l’uno overso l’altro versante dellamembranamembrana

DIFFUSIONE FACILITATA

- Secondo gradiente di concentrazione- No ATP (il processo non richiede energia)- Raggiunto l’equilibrio il processo si ferma- Trasporto mediato (specificità, saturazione, competizione)

L’importanza funzionale della diffusione facilitata è rilevantissima, perché insua assenza le più importanti molecole organiche di interesse vitale (nutritizie,metaboliche ed anche farmacologiche) non potrebbero attraversare la

Es. trasporto del glucosiotrasporto degli aminoacidi

metaboliche ed anche farmacologiche) non potrebbero attraversare lamembrana con la velocità richiesta.

Transporters are thought to utilize the alternating conformation

mechanism

An example of a uniport system

Glucosio-permeasipM 45000d-Modello flip-flop-Affinità del sito di legame è uguale ai due lati-La direzione del trasporto dipende dal gradiente -Affinità nulla per il glucosio-6-fosfato-Trasporta anche altri zuccheri esosi (D-mannosio, D-galattosio) ma con affinità molto inferiore

Esistono almeno 5 diverse isoforme espresse nei vari tessuti, caratterizzate da unaEsistono almeno 5 diverse isoforme espresse nei vari tessuti, caratterizzate da unadiversa capacità di trasporto. Le isoforme GLUT 1-4 sono strettamente specifiche per ilglucosio, la GLU 5 trasporta preferenzialmente il fruttosio. Differiscono per una diversaKM , la quale esprime l’ambito di concentrazione di glucosio in cui la velocità di trasportoentra in saturazione.

GLUT1 globuli rossi, capillari del SNC, rene KM 5GLUT2 fegato, cellule β del pancreas, intestino, rene KM 7GLUT3 neuroni, glia KM 1.8GLUT4 fibrocellule muscolari striate, cellule adipose KM 4.6GLUT5 intestino KM 6

JMAX

250

500

Flusso netto J del soluto

½ JMAX

Il trasporto attraverso le membrane mediato da proteine di trasporto – caratteristiche cinetiche

diffusione facilitata

0Flusso netto J del soluto

Concentrazione esterna del soluto (mM)

Km

diffusione semplice

Equazione di Michaelis e Menten:

dove S è la concentrazione del substrato

J = JMAX S

KM + S

.

UNIPORTO: il carrier può trasportare un solo tipo di sostanza

TRASPORTO ACCOPPIATO: il carrier trasferisce contemporaneamente due tipi di sostanza

Co-trasporto (o simporto)Contro-trasporto (o antiporto)Contro-trasporto (o antiporto)

Il trasporto accoppiato non è un “uniporto poco selettivo” in cui la stessa proteinatrasportatrice possa fungere da veicolo per particelle affini. Il trasferimento delledue sostanze diverse è obbligatorio, il trasporto dell’una non può avvenire senzal’altra.In genere almeno una delle particelle è uno ione, mentre l’altra può essere sia unoione che una molecola organica.

Simporto Na+ Glucosio

Le proteine che operano questo trasporto sono denominate SGLT. Sono presenti principalmente nella membrana delle cellule assorbenti dell’intestino tenue ove

presiedono all’ingresso nella cellula del glucosio alimentare. Analogamente sono molto presenti nelle cellule epiteliali dei tubuli contorti prossimali del rene, ove consentono il

recupero della rilevante quantità di glucosio filtrato dai glomeruli (nell’uomo circa 180g/24h) che non deve essere perduto con l’urina.

Trasporto epiteliale del sodio e del glucosio

DIFFUSIONE

Non richiede ulteriore energia

oltre a quella derivata dal

movimento molecolare

Richiede ATP

Crea

ESOCITOSI

FAGOCITOSI

ENDOCITOSI

Diffusione

Semplice

Diffusione

Facilitata

Molecole attraversano

il doppio strato lipidico

Caratteristiche Strutturali

Trasporto mediato

da proteine di membrana

Trasporto

Attivo

PRIMARIO

Trasporto

Attivo

SECONDARIO

Crea gradienti

per

Vescicole rivestite

da membrana

Esocitosi

Endocitosi

OUT

IN