Membrana cellulare

Proteine inserite nella membrana cellulare:Proteine inserite nella membrana cellulare:• Integrali (transmembrana), si estendono attraverso l’interamembrana. Classificate in famiglie a seconda del numero di segmentitransmembrana.

La fosforilazione è unmetodo per regolare lafunzione della proteina

• Periferiche. Non attraversano l’intero spessore di membrana ma silegano debolmente a proteine integrali o alle regioni polari deifosfolipidi (enzimi e proteine strutturali che ancorano il citoscheletroalla membrana)• Ancorate a lipidi

Proteine di membranaProteine di membrana

Classificate in relazione alla Funzione

Proteine carrier

Cambiano conformazione

Proteine strutturali

Enzimi di membrana

Si trovano

Giunzioni cellulari

Citoscheletro

Trasportatori di membrana

Intervengono

Metabolismo Trasduzione dei segnali

Recettori di membrana

Aprono Chiudono

Endocitosi recettore-

mediata

Intervengono

Proteine canale

Formano

Canali aperti

Canali a cancello

Canali regolati meccanicamente

Canali voltaggio-dipendenti

Canali regolati chimicamente

Trasporti attraverso la membrana cellulare

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 rappresenta il coefficiente di diffusione che dipende per le membranebiologiche dalle dimensioni e lipofilia della molecola.

DiffusioneDiffusione

Trasporti passivi: Diffusione facilitataTrasporti passivi: Diffusione facilitata

L’ingresso di una sostanza nella cellula è consentito dalla presenza di un trasportatore (carrier): proteina che lega e libera la sostanza, esponendo alternativamente il sito di legame sui due lati della membrana.

Per basse concentrazioni, la probabilità che il trasportatore carichi il substrato, prima di cambiare conformazione, è proporzionale alla concentrazione.

Per alte concentrazioni, il flusso è limitato da un trasporto massimo, che dipende dal numero dei trasportatori e non dalla concentrazione.

Per i processi diffusivi il flusso è proporzionale alla concentrazione, la cinetica è di primo ordine (esponenziale).

Per trasporti mediati da carriers, il flusso presenta saturazione (trasporto massimo).

Per basse concentrazioni del substrato, la cinetica è simile a quella diffusiva, anche se più lenta.

Quando il trasporto è saturato, diventa di zero ordine, perchè il flusso non dipende più dalla concentrazione.

Principali sistemi di trasporto facilitato

Trasportatori di glucosio (Glu) espressi datutte le cellule dell’organismo:

GLUT1 – GLUT12

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

• Nelle cellule epitaliali, che assorbonoattivamente Glu (intestino, tubuli renali)permettono il deflusso del Glu dalla cellulaverso l’interstizio e quindi il sangue

Trasporti attivi: PrimarioTrasporti attivi: PrimarioUn trasportatore (pompa) opera 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 pompePrincipali tipi di pompe

• ATPasi protoniche, trasportano H+ all’esterno dellacellula

• ATPasi per il Ca2+, mantengono basso il livello di Ca2+

intracellulare:

• Plasma Membrane Ca2+ ATPase (PMCA)

• Sarcoplasmatic-Endoplasmatic Reticulum Ca2+ ATPase(SERCA)

• ATPasi Na+/K+ dipendente (pompa sodio-potassio),mantiene la differenza di concentrazione ionica trainterno ed esterno della cellula, coinvolta nella genesidel potenziale di membrana

alta affinitàbassa affinità

Parte dell’energia è utilizzata per ridurre

l’affinità per il Na+ aumenta l’affinità per il K+

bassa affinità

alta affinità

Pompa torna a riposol’energia è usata per ridurre l’affinità per il K+ aumenta

l’affinità per il Na+

Trasporto attivo: SecondarioTrasporto attivo: SecondarioIl trasporto di una sostanza contro gradiente è accoppiato al trasportodi una sostanza che si muove lungo gradiente.

Si parla di trasporto accoppiato o cotrasporto.Simporto: due molecole sono trasportate nella stessa direzione.Antiporto: due molecole sono trasportate in direzione opposta.

Na+ e substrato si legano al trasportatore. L’energia per la traslocazione e la riduzione di affinità per il substrato deriva dal flusso di Na+ secondo gradiente elettrochimico.

Principali sistemi di simportoPrincipali sistemi di simporto(piccole molecole organiche)

• Trasportatori di glucosio (nelle cellule epiteliali che presentano assorbimento attivo): SGLUT1 (intestino) e SGLUT2 (rene)

• Trasportatori di aminoacidi• Neurotrasportatori: captano contro gradiente

i neurotrasmettitori di tipo aminico e aminoacidico: GAT (GABA), DAT (dopamina), NET (noradrenalina, amine), SERT (serotonina), di glicina, di colina, Na+/K+

dipendenti (glutammato e aspartato)

Sistemi di simporto ionicoSistemi di simporto ionicoControllano le concentrazioni ioniche intracellulari. Sfruttano il gradiente di Na+ e/o K+ creato dalla pompa sodio-potassio.

• Trasportatori di Cl-: regolano la concentrazione intracellulare di Cl- e conseguentemente il volume cellulare:

K+/Cl- (KCC): trasporta Cl- verso l’esterno della cellula

Na+/K+/2Cl- (NKCC): trasporta Cl- verso l’interno della cellula

Sistemi di antiporto ionicoSistemi di antiporto ionico• Scambiatore Na+/Ca2+

• Scambiatori Na+/H+ e Cl-/HCO3-

• Neurotrasportatori vescicolari (dipendenti da ATPasi protoniche che pompano H+ verso l’interno delle vescicole)

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

Superficie citoplasmatica: lo scambiatore carica il Ca2+ nonostante la bassa concentrazione, a causa della grande affinità.Superficie extracellulare: lo scambiatore carica il Na+

nonostante la bassaaffinità, a causa dell’alta concentrazione.

La transizione conformazionale

comporta aumento di affinità per il Na+ e

diminuzione di affinità per il Ca2+

Superficie citoplasmatica:lo scambiatore libera il Na+, nonostante la maggiore affinità, a causa della bassa concentrazioneSuperficie extracellulare:lo scambiatore libera il Ca2+

nonostante l’alta concentrazione, a causadella bassa affinità.