i trasporti attraverso membrane biologiche · applicabile solo per gli ionofori, oligopeptidi...
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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