Trasporti attraverso la membrana Proteine di...
Transcript of Trasporti attraverso la membrana Proteine di...
Caratteristiche dei trasporti mediati
• I carriers sono dotati di specificità
• Sono soggetti a saturazione
• Possono essere bloccati dagli inibitori competitivi
• Hanno un’elevata dipendenza termica e dal pH• Hanno un’elevata dipendenza termica e dal pH
I trasportatori hanno le caratteristiche di enzimi
• I carriers agiscono cataliticamente come gli enzimi
• Legano selettivamente il loro substrato, cioè lamolecola che deve essere trasportata
• Cambiano di conformazione per rilasciare ilsubstrato dall’altro lato
• Ritornano alla conformazione originale per legareun’altra molecola di substrato
• Seguono una cinetica del tipo Michaelis-Menten
Esempio di Diffusione facilitataIl Trasportatore del Glucosio
Glucosio Permeasi
extracell.
intracell.intracell.
poro: formato da 5 a-eliche transmembrana anfipatiche
Diffusione Facilitatasoluto
statoA
statoB
esterno
interno
gradiente diconcentrazione
bilayerlipidico
interno
sito di legamedel soluto
proteinacarrier
es. Trasportatore del glucosio negli epatocitiLa driving force per il tranporto in qualsivoglia direzione è determinata dal gradiente di concentrazione attraverso la membrana
Le reazioni chimiche accoppiate
Un processo endoergonico può avvenire se esso viene opportunamente accoppiato ad un processo esoergonico
Consideriamo la seguente reazione endoergonica:
A + B →→→→ A-B ∆∆∆∆G>0Affinchè essa possa avvenire deve attingere energia da una reazione esoergonica:
X-P →→→→ X + P + Energia ∆∆∆∆G<0
La sequenza di reazioni accoppiate sarà la seguente:
A + X-P →→→→ A-P + X↓↓↓↓↓↓↓↓A-P + B →→→→ A-B + P
I contenitori di energia nelle cellule
Legami ad alta energia: ATPGTP
Gradienti transmembranari:Gradienti ionici a cavallo del plasmalemma
Contenitori intracellulari di Ca2+
bilayer
proteinacarrier
gradiente di
molecola trasportata
Trasporti passivi e attivi a confronto
bilayerlipidico
diffusionesemplice
mediatada canale
mediata da carrier
trasportopassivo
trasportoattivo
gradiente diconcentraz.
Trasporti passivi e attivi a confronto• Il gradiente di concentrazione attraverso la membrana
determina la direzione e la velocità della diffusione passiva.
• Nella diffusione passiva le molecole si muovono dalla zona ad alta concentrazione a quella a bassa concentrazione (trasporto “in discesa”)
• Diffusione semplice: le molecole diffondono attraverso • Diffusione semplice: le molecole diffondono attraverso il bilayer lipidico
• Diffusione facilitata: diffusione attraverso la membrana mediata da proteine di trasporto (non è richiesta energia)
• Muovere un soluto “in salita” (contro il gradiente di concentrazione) richiede un ingresso di energia -Trasporto Attivo
Na+/K+ ATPasi• La pompa idrolizza l’ATP ad ADP per trasportare
simultaneamente 3 Na+ dalla cellula e 2 K+ dentro la cellula ad ogni ciclo della pompa
• La Na+-K+ ATPasi è responsabile di >30% del consumo totale di ATP
• Mantiene un gradiente del Na+ (ext>int) e del K+ (int>ext)• Contribuisce a creare un potenziale di membrana negativo • Contribuisce a creare un potenziale di membrana negativo
all’interno• È bloccata dalla ouabaina
Ione Intracellulare ExtracellulareNa+ 5-15 mM 145 mMK+ 140 mM 5 mM
Ciclo della pompa Na+/K+ ATPasi
ext
intil Na si legaal sito citosolico
fosforilazioneATP-dipendente
la proteina subisce un cambiamento conformazionale, il Na è rilasciato all’esterno
il K si legaal sito extracellularecitosolico al sito extracellulare
defosforilazione
la proteina ritorna alla conformazione originale,il K è rilasciato all’interno
1 ciclo ≈≈≈≈ 10 millisecondi
Alcune importanti caratteristiche della pompa
Stechiometria - 3 Na+ fuori, 2 K+ dentro, 1 ATP usato
Velocità di attività dipendente dalla concentrazione intracellulare di Na+
Bloccata dal glicoside cardiaco ouabaina e bassa [ATP]i
Stechiometria - 3 Na+ fuori, 2 K+ dentro, 1 ATP usato
Elettrogenica, può generare direttamente da -2 a -20 mV
Tiene la pressione osmotica sotto controllo, prevenendo il rigonfiamento cellulare
Gradiente elettrochimico • A cavallo della membrana della maggior parte delle cellulec’è una differenza di potenziale elettrico – il potenziale dimembrana
• Il potenziale di membrana influenza il movimentotransmembrana di tutte le molecole cariche (ioni)
• Il lato citoplasmatico della membrana plasmatica di solito haun potenziale più negativo rispetto all’esternoun potenziale più negativo rispetto all’esterno
• La forza elettrostatica spinge i cationi nella cellula e guidagli anioni fuori
• Quindi, quando consideriamo la diffusione passiva di soluticarichi attraverso una membrana, due forze devono essereconsiderate:
• (a) il gradiente di concentrazione transmembrana• (b) la differenza di potenziale transmembrana• La driving force netta = Gradiente Elettrochimico
In base a quanto detto a lezione, stabilire se la pompa Na+/K+,che è elettrogenica dal momento che trasporta un numeronetto di cariche elettriche, aumenterà o diminuirà la suavelocità d’azione qualora la membrana venga depolarizzata.
Ricordarsi che una depolarizzazione comporta un aumento
Quesito del giorno
Ricordarsi che una depolarizzazione comporta un aumentodelle cariche positive all’interno della cellula rispetto allasituazione di riposo (potenziale di riposo).
molecola trasportata ione co-transportato
Alcune definizioni
ione contro-transportato
Uniporto Simporto AntiportoTrasporti accoppiati
Trasporti accoppiati al gradiente di NaNelle cellule animali molti processi di trasporto di membrana sono accoppiati al gradiente del Na.
Es. Trasporto del glucosio in cellule dell’epitelio intestinale
Na+ glucosiostatoA
statoB
gradientedi Na gradiente
di glucosio
int
ext
carrier
Stechiometria: 2 Na+ ���� 1 GlcBloccante: florizina
Una cellula si trova immersa in una soluzioneextracellulare contenente glucosio 10 mM. Trascorso uncerto tempo la concentrazione di glucosio nel citoplasmasale a 50 mM.
Secondo voi, perche’ cio’ prova che la membranaplasmatica di quella cellula dispone di un trasportatore
Quesito del giorno
plasmatica di quella cellula dispone di un trasportatoreattivo del glucosio?
Come fareste a dimostrare sperimentalmente che taletrasportatore e’ Na+-dipendente (trasporto attivosecondario)?
Mantenimento dei livelli di Ca2+ intracellulare
• Il Ca2+ è coinvolto in molti processi cellulari
• Il mantenimento di bassi livelli di Ca2+ intracellulare è criticofor il normale funczionamento cellulare
• La [Ca2+] extracellulare >>>> della [Ca2+] intracellulare
• Le pompe del Ca2+ ATP-dipendenti della membranaplasmatica e del reticolo endoplasmatico pompanoattivamente Ca2+ fuori dal citoplasma
• Esiste anche uno scambiatore Na/Ca (T.A.II) che pompaattivamente Ca2+ fuori dalla cellula
Concentrazioni ioniche intracellulari ed extracellulari
Ione Intracellulare ExtracellulareNa+ 5-15 mM 145 mMK+ 140 mM 5 mMMg2+ 0.5 mM 1-2 mMCa2+ 10-7 mM 1-2 mMH+ 10-7.2 M (pH 7.2) 10-7.4 M (pH 7.4)H+ 10-7.2 M (pH 7.2) 10-7.4 M (pH 7.4)
Cl- 5-15 mM 110 mMAnioni fissi high 0 mM
La [intracellulare] è molto diversa dalla [extracellulare]I cationi sono bilanciati dagli anioni