Il mantenimento dell’omeostasi cellularedipende dai sistemi che permettono lo scambiodi molecole tra citoplasma e liquidoextracellulare e dalla loro regolazione.extracellulare e dalla loro regolazione.

Membrana cellulare

Ogni cellula presenta 10-50 tipi diproteine di membrana divisibili in:• Integrali (transmembrana), siestendono attraverso l’interamembrana. Classificate in famiglie aseconda del numero di segmentitransmembrana.• Estrinseche Non attraversanol’intero spessore di membrana. Silegano debolmente alle proteineintegrali e con le regioni polari deiintegrali e con le regioni polari deifosfolipidi (enzimi di membrana eproteine strutturali che ancorano ilcitoscheletro alla membrana).• Ancorate a lipidi

La fosforilazione consente di regolarela funzione della proteina

Proteine integrali

Proteine ancorate ai lipidi

Proteine estrinseche

Struttura

Proteine di membrana

Classificate in relazione alla

Funzione

Proteine di membrana

Classificate in relazione alla

Proteine

Proteine strutturali

Enzimi di membrana

Si trovano

Trasportatori di membrana

Intervengono

Recettori di membrana

Intervengono

Proteine Proteine carrier

Cambiano conformazione

Canali regolati meccanicamente

Canali voltaggio-dipendenti

Canali regolati chimicamente

Giunzioni cellulari

Citoscheletro

Intervengono

Metabolismo Trasduzione dei segnali

Aprono Chiudono

Endocitosi recettore-

mediata

Proteine canale

Formano

Canali aperti

Canali a cancello

Trasporti attraverso la membrana cellulare

DiffusioneDiffusione

La velocità di diffusioneattraverso la membranacellulare dipende da:

• Solubilità nei lipidi

• Dimensione molecolare

• Spessore membrana (S)

• Gradiente concentrazione

• Area della membrana (A)

• Composizione strato lipidico

Legge di Fick della diffusione:Legge di Fick della diffusione:

Velocità di diffusione (J) = A . D . (C1 – C2)

s

D = coefficiente di diffusione (dipende, per le membrane biologiche, dalledimensioni e lipofilia della molecola).

Trasporti passivi: Diffusione facilitataTrasporti passivi: Diffusione facilitataIl movimento selettivo di unasostanza attraverso la membranaavviene secondo gradiente ed èconsentito dalla presenza ditrasportatori (carriers): proteineche legano e liberano la sostanza,esponendo il sito di legamealternativamente sui due lati dellamembrana.

Per basse concentrazioni, laPer basse concentrazioni, laprobabilità che il trasportatorecarichi il substrato, prima dicambiare conformazione, èproporzionale alla concentrazione.

Per alte concentrazioni, il flusso èlimitato da un trasporto massimo,che dipende dal numero deitrasportatori e non dallaconcentrazione.

Diffusione passiva: flusso proporzionale alla�Diffusione passiva: flusso proporzionale allaconcentrazione.

�Trasporti mediati da carriers: all’aumentare dellaconcentrazione il flusso presenta saturazione(trasporto massimo).

Principali sistemi di trasporto facilitato

Trasportatori di glucosio (GluT) espressi intutte le cellule dell’organismo:

GLUT1 – GLUT12

• Permettono il flusso continuo di Glu versol’interno della cellula, dove la concentrazione èmantenuta bassa dalla trasformazione del Glu inl’interno della cellula, dove la concentrazione èmantenuta bassa dalla trasformazione del Glu inGlicogeno.

• Nelle cellule che assorbono attivamente Glu(intestino, tubuli renali), permettono ilpassaggio del Glu dalla cellula all’interstizio, dacui poi passerà nel sangue.

Trasporti attivi: PrimarioTrasporti attivi: PrimarioUn trasportatore (pompa) lavora accoppiato ad una reazione che fornisce energia (idrolisi ATP)

L’energia derivante dall’idrolisi dell’ATP è usata per produrre il

cambiamento di conformazione con riduzione dell’affinità per il

substrato

Principali tipi di pompe• ATPasi Na+/K+ dipendente (pompa

Na+/K+) responsabile dello squilibrioionico tra interno ed esterno dellacellula, coinvolta nella genesi delpotenziale di membrana.

• ATPasi protonica H+/K+ trasporta4H+ fuori e 4K+ dentro la cellula(importanti per il mantenimento delpH intracellulare). Nelle c. parietalidelle ghiandole gastriche è coinvolta nellapH intracellulare). Nelle c. parietalidelle ghiandole gastriche è coinvolta nellaproduzione di HCl del succo gastrico.

• ATPasi per il Ca2+ mantengono bassoil Ca2+ intracellulare (∼ 10 -7M):

�Plasma Membrane Ca2+ ATPase(PMCA)

�Sarcoplasmatic-EndoplasmaticReticulum Ca2+ ATPase (SERCA).

ATPasi NaATPasi Na++--KK++

alta affinitàbassa affinità

Eenergia utilizzata per ridurre affinità Na+

aumenta affinità K+

bassa affinitàalta affinità

Pompa torna a riposoenergia usata per ridurre affinità per K+ aumenta

l’affinità per Na+

Trasporto attivo: SecondarioTrasporto attivo: Secondario

Il trasporto di una sostanza contro gradiente èaccoppiato al trasporto di una sostanza che simuove lungo gradiente.

Si parla di trasporto accoppiato o co-trasporto.

I più comuni sistemi di trasporto attivoI più comuni sistemi di trasporto attivosecondario sfruttano il gradiente diconcentrazione del Na+ creato dalla pompaNa+/K+-ATPasi.

• Na+ e substrato si legano altrasportatore.

• Legame Na+ (per altaconcentrazione) → cambioconformazione trasportatore →

aumenta affinità per substrato.

• Legame substrato → cambioconformazione → apertura verso ilconformazione → apertura verso illato intracellulare → Na+ sidistacca (bassa concentrazioneinterna) → diminuisce affinità peril substrato, che viene rilasciato.

Cotrasporti• Simporto: due molecole sono trasportate nella stessadirezione; il gradiente di concentrazione di una delle duefunziona da “motore”.

• Antiporto: due molecole sono trasportate in direzioneopposta; il gradiente di concentrazione di una delle duefunziona da “motore”.

�Na+/glucosio:SGLUT1 (intestino)SGLUT2 (rene)

�Na+/aminoacidi

Sistemi di simporto (molecole organiche piccole)

�Neurotrasportatori: trasportano neurotrasmettitoriaminici ed aminoacidici: GAT (GABA), DAT (dopamina),NET (noradrenalina, amine), SERT (serotonina), glicina,colina, neurotrasportatori Na+/K+ dipendenti (glutammatoe aspartato).

Sistemi di simporto ionico

� Na+/Cl-: regola la concentrazioneintracellulare di Cl- e quindi il volumecellulare.

� Na+/K+/2Cl- (NKCC)

� K+/Cl- (KCC): trasporta 1K+ ed 1Cl- all’esterno dellacellula, seguiti da flusso di acqua in uscita.

Principali sistemi di antiporto• Na+/H+ controllo pH

intracellulare (rene:acidificazione urina)

• Na+/Ca2+: controllo Ca2+

intracellulare

• Cl-/HCO3-: 1Cl- dentro - 1HCO3

- fuori (controllo pHintracellulare, riassorbimento intestinale e renale di HCO3

-,produzione HCO3

- nel succo pancreatico, ingresso Cl- cellule gastricheper produzione HCl).

• Neurotrasportatori vescicolari: dipendenti da ATPasiprotoniche che pompano H+ nelle vescicole, impiegati per caricareorganuli secretivi e per immagazzinare i neurotrasmettitori nellevescicole sinaptiche.

Scambiatore NaScambiatore Na++/Ca/Ca2+2+

Alle concentrazioni fisiologiche di Na+ e Ca2+ è in equilibrio e non operatrasferimento netto di ioni. Il trasferimento inizia con l’aumento diconcentrazione intracellulare di Ca2+. Ciclo guidato da equilibrio elettrochimico.

Superficie citoplasmatica:lo scambiatore carica ilCa2+ (bassa concentrazionema elevata affinità).Superficie extracellulare:lo scambiatore carica il Na+

(bassa affinità ma elevataconcentrazione).

La transizione conformazionale

comporta aumento di affinità per il Na+ e

diminuzione di affinità per il Ca2+

Superficie citoplasmatica:lo scambiatore libera il Na+

(elevata affinità ma bassaconcentrazione)Superficie extracellulare:lo scambiatore libera il Ca2+

(elevata concentrazione mabassa affinità).