12. trasporto Flashcards
Permeabilità dei vari tipi di molecola attraveso il doppio strato fosfolipidico della membrana plasmatica
In ordine crescente di impermeabilità:
1. molecole apolari idrofobe (O2, CO2, N2) → diffusione semplice
2. piccole molecole polari neutre (H2O, urea, glicerolo) → per l’H2O, acquaporine
3. grandi molecole polari neutre (glucosio, saccarosio)
4. ioni (H+, Na+, K+, HCO3(-))
Quando viene raggiunto l’equilibrio osmotico?
A partire da due soluzioni acquose con diversa concentrazione di soluto separate da una membrana semipermeabile (es. membrana plasmatica), per osmosi l’acqua transiterà dalla soluzione a più bassa concentrazione a quella a più alta concentrazione finché le concentrazioni saranno paragonabili.
A quel punto, però, si sarà creata una disparità di volume, che causerà una pressione idrostatica che tenderà a spingere l’acqua attraverso la membrana dalla soluzione di maggior volume a quella di minor volume.
L’equilibrio osmotico, dunque, è raggiunto quando il transito d’acqua causato dalla differenza residua di concentrazione uguaglia quello dovuto alla pressione idrostatica.
Nella condizione di equilibrio osmotico, la pressione idrostatica è detta pressione osmotica (pressione osmotica = pressione idrostatica dell’equilibrio osmotico).
Trasporto passivo
Non richiede energia, avviene quindi secondo il gradiente di concentrazione (diffusione da concentrazione maggiore a minore).
- Diffusione semplice (molecole liposolubili)
- Diffusione facilitata (molecole idrosolubili), mediata da proteine di membrana (proteine trasportatrici/carrier/permeasi e canali ionici).
Trasportatori
Proteine che catalizzano il passaggio attraverso la membrana di una specifica molecola che si lega al sito di legame secondo il suo gradiente di concentrazione (diffusione facilitata).
Alternano due conformazioni: una con il sito di legame esposto verso l’esterno della cellula e una con il sito di legame esposto verso l’interno. In questo modo il trasportatore lega la molecola su un versante, il legame induce un cambiamento conformazionale nel trasportatore che rilascia la molecola nel versante opposto.
Raggiunge la velocità massima quando la concentrazione di soluto è tale che tutti i suoi trasportatori sono in uso → saturazione.
Esistono trasportatori che trasportano
- un soluto per volta secondo gradiente
- due soluti diversi nella stessa direzione, uno secondo gradiente e l’altro contro (trasporto attivo secondario o indiretto)
- due soluti diversi in direzioni opposte, uno secondo gradiente e l’altro contro (trasporto attivo secondario o indiretto)
Pompe, trasportatori, canali ionici
Proteine deputate al passaggio di sostanze attraverso la membrana.
Tutte proteine di membrana integrali e multipasso (con più domini transmembrana) che con la loro struttura formano un canale acquoso o un sito di legame.
La composizione amminoacidica della proteina determina una conformazione spaziale e una distribuzione di carica tali da renderla molto selettiva e specifica per la molecola o lo ione da trasferire.
Canali ionici
Proteine che catalizzano il flusso attraverso la membrana di uno specifico ione secondo il suo gradiente di concentrazione (diffusione facilitata).
Formano un poro acquoso/idrofilici all’interno della membrana e alcune parti della proteina fungono da filtro selettivo per lo ione in base a dimensioni e carica elettrostatica.
Due conformazioni: aperto o chiuso.
L’apertura è regolata da 3 meccanismi:
- potenziale di membrana
- ligando extra- o intracellulare
- stimolo meccanico.
Molto importante: canale del potassio.
Trasporto attivo
Trasporto di sostanze attraverso la membrana che avviene contro il gradiente di concentrazione, per cui richiede energia.
Avviene grazie a
- trasportatori accoppiati, trasportatori che catalizzano un simporto o un antiporto, ovvero sfruttano il flusso di un soluto secondo gradiente per trasportarne un altro contro gradiente
- pompe alimentate da ATP (es. pompa sodio/potassio)
- pompe fotoalimentate, soprattutto nei batteri.
Funzioni
- assorbimento di sostanze contro gradiente di concentrazione
- processi di secrezione ed escrezione
- controllo delle concentrazioni ioniche → per il corretto funzionamento della cellula, le concentrazioni di ioni ai due lati della membrana devono essere diverse ma la carica elettrica complessiva deve essere bilanciata: la carica degli anioni intracellulari è bilanciata con ioni K+, la carica di ioni Na+ è bilanciata con ioni Cl-.
Pompa sodio/potassio
Proteina integrale di membrana che catalizza il trasporto attivo di sodio e potassio grazie all’idrolisi di ATP.
Ha tre siti di legame per lo ione Na+, due siti di legame per lo ione K+, un sito di legame e idrolisi per l’ATP.
Nella forma non fosforilata ha una conformazione tale da poter legare tre ioni sodio sul versante citoplasmatico. Una volta legato il sodio, la pompa lega e idrolizza una molecola di ATP, assumendo lo stato fosforilato con legato un fosfato.
Perde l’affinita per il sodio e dunque rilascia i tre ioni nell’ambiente extracellulare, legando invece due ioni potassio. Il legame del potassio causa la deofosforilazione che a sua volta riporta la proteina nella conformazione iniziale, determinando una perdita di affinità per il potassio, che viene rilasciato all’interno della cellula.
Ogni ciclo enzimatico comporta l’idrolisi di una molecola di ATP, il trasporto di tre ioni sodio dall’interno all’esterno della cellula e il trasporto di due ioni potassio dall’esterno all’interno della cellula.
Quali sono le conseguenze della pompa sodio-potassio?
- mantenimento di differenti concentrazioni di sodio e potassio ai due lati della membrana:
Gli ioni Na+ sono più concentrati all’esterno della cellula, mentre gli ioni K+ sono più concentrati all’interno della cellula.
Questo significa che è mantenuto l’equilibrio osmotico: se la concentrazione di Na+ all’interno della cellula fosse maggiore, la cellula andrebbe incontro a rigonfiamento e infine lisi. - mantenimento dell’equilibrio osmotico: se la concentrazione di Na+ all’interno della cellula fosse maggiore, la cellula andrebbe incontro a rigonfiamento e infine lisi.
- mantenimento del potenziale di membrana:
Poiché escono tre cationi e ne entrano due, l’attività della pompa mantiene il potenziale di membrana, ovvero una carica negativa all’interno della cellula.
Il potenziale di membrana membrana (carica negativa all’interno della cellula) fornisce l’energia necessaria al trasporto attivo (indiretto) di altre molecole.
Quali sono le conseguenze della pompa sodio-potassio?
- mantenimento di differenti concentrazioni di sodio e potassio ai due lati della membrana:
Gli ioni Na+ sono più concentrati all’esterno della cellula, mentre gli ioni K+ sono più concentrati all’interno della cellula.
Questo significa che è mantenuto l’equilibrio osmotico: se la concentrazione di Na+ all’interno della cellula fosse maggiore, la cellula andrebbe incontro a rigonfiamento e infine lisi. - mantenimento dell’equilibrio osmotico: se la concentrazione di Na+ all’interno della cellula fosse maggiore, la cellula andrebbe incontro a rigonfiamento e infine lisi.
- mantenimento del potenziale di membrana:
Poiché escono tre cationi e ne entrano due, l’attività della pompa mantiene il potenziale di membrana, ovvero una carica negativa all’interno della cellula.
Il potenziale di membrana membrana (carica negativa all’interno della cellula) fornisce l’energia necessaria al trasporto attivo (indiretto) di altre molecole.
Pompa del calcio
Proteina della membrana plasmatica e del reticolo endoplasmatico liscio che consente il mantenimento di una bassa concentrazione di ioni calcio Ca(2+) nel citoplasma.
Questo è importante perché lo ione calcio è fondamentale nella segnalazione.
Come avviene il trasporto del glucosio attraverso la membrana?
Diffusione facilitata
Nell’ambiente extracellulare, il glucosio si lega al sito di legame della proteina trasportatrice GLUT1.
Il legame del glucosio induce un cambiamento conformazionale per cui il sito di legame si trova ora all’interno della cellula.
GLUT1 perde affinità per il glucosio e lo rilascia nella cellula, ritornando così alla sua conformazione iniziale con il sito di legame sul versante esterno.
Trasporto attivo secondario (o indiretto)
Tramite trasportatori accoppiati a simporto glucosio-Na+.
Potenziale di membrana
Differenza di potenziale (interno-esterno) ai due lati della membrana plasmatica.
Il lato citoplasmatico presenta una carica netta negativa, mentre il lato esterno una carica netta positiva.
Porine
Proteine integrali di membrana con struttura a barile beta (più beta-foglietti) che forma un canale.
Consentono il passaggio di molecole idrofiliche, poiché hanno i residui amminoacidici apolari disposti verso il doppio strato e i residui polari idrofilici verso il lume del canale.
Si trovano in
- membrana esterna di alcuni batteri
- membrana esterna di mitocondri e cloroplasti.
Acquaporine o porine?
Acquaporine
Proteine canale che facilitano il flusso di molecole di acqua attraverso la membrana plasmatica. Sono formate da diversi domini alfa-elica transmembrana.
Porine
Proteine canale per il trasporto di molecole idrofiliche attraverso le membrane (batteri, mitocondri, cloroplasti).
Sono formate da diversi domini beta-foglietto transmembrana che formano un barile beta.
