I TRASPORTI ATTRAVERSO MEMBRANE BIOLOGICHE

Biofisica e Fisiologia I

Corso di Laurea Magistrale in “Medicina e Chirurgia”

Movimenti di piccoli soluti attraverso le membrane

Trasporto mediato da carrier

Trasporto semplice

2 categorie generali

•Diffusione Facilitata•Trasporto Attivo

Il movimento ottenuto per mezzo delle proteine carrier è detto TRASPORTO MEDIATO. Il trasporto mediato può essere passivo (diffusione facilitata) o attivo (trasporto attivo, primario e secondario).

Trasporto mediato da carrier

PROPRIETA’:

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

-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, il trasporto dell’una tende a inibire il trasporto dell’altra

Diffusione facilitata

DIFFUSIONE FACILITATA

SATURAZIONE

COMPETIZIONE

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: compete con il glucosio per il sito di legame, ma una volta legato è troppo grande per essere trasportato attraverso la membrana

INIBIZIONE

Modello del Carrier Mobile:

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

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

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

Modello del flip-flop:Può spiegare anche i trasporti mediati attivi ammettendo che la proteina trasportatrice, traendo energia direttamente o indirettamente dal metabolismo cellulare, subisca una variazione conformazionale che faccia variare l’affinità dei suoi siti quando sono esposti verso l’uno o verso l’altro versante della membrana

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)

Es. trasporto del glucosio trasporto degli aminoacidi

L’importanza funzionale della diffusione facilitata è rilevantissima, perché in sua assenza le più importanti molecole organiche di interesse vitale (nutritizie, metaboliche ed anche farmacologiche) non potrebbero attraversare la membrana con la velocità richiesta.

An example of a uniport system

Transporters are thought to utilize the alternating conformation mechanism

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 una diversa capacità di trasporto. Le isoforme GLUT 1-4 sono strettamente specifiche per il glucosio, la GLU 5 trasporta preferenzialmente il fruttosio. Differiscono per una diversa KM , la quale esprime l’ambito di concentrazione di glucosio in cui la velocità di trasporto entra 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 4.6 GLUT5 intestino KM 6

JMAX

0

250

500

Flu

sso n

ett

o J

del solu

to

Concentrazione esterna del soluto (mM)

Km

½ JMAX

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

diffusione facilitata

diffusione semplice

Equazione di Michaelis e Menten:

dove S è la concentrazione del substrato

J = JMAX S

KM + S

.

Proteine di trasportoProteine di trasportoProteine di trasportoProteine di trasporto

SimportoUniporto Antiporto

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)

Il trasporto accoppiato non è un “uniporto poco selettivo” in cui la stessa proteina trasportatrice possa fungere da veicolo per particelle affini. Il trasferimento delle due sostanze diverse è obbligatorio, il trasporto dell’una non può avvenire senza l’altra.In genere almeno una delle particelle è uno ione, mentre l’altra può essere sia uno ione 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 Semplice

DiffusioneFacilitata

DIFFUSIONE

Non richiede ulteriore energiaoltre a quella derivata dal

movimento molecolare

Molecole attraversano il doppio strato lipidico

Caratteristiche Strutturali

Trasporto mediatoda proteine di membrana

TrasportoAttivo

PRIMARIO

Richiede ATP

TrasportoAttivo

SECONDARIO

Crea gradienti

per

Vescicole rivestiteda membrana

ESOCITOSI

FAGOCITOSI

ENDOCITOSI

Esocitosi

Endocitosi

IN

OUT