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TRASPORTO DI MEMBRANA - Coggle Diagram
TRASPORTO DI MEMBRANA
PROTEINE DI TRASPORTO
PROTEINE CARRIER: legano il soluto da un lato della membrana e lo trasportano dall'altro lato con un cambiamento di conformazione della proteina
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PROTTEINE TRANSMEMBRANA: proteine che utilizzano singole alfa-eliche transmembrana sono tipicamente recettori: la parte extracellulare lega molecole segnale, la parte citoplasmatica segnala all'interno della cellula
altre proteine transmembrana formano pori idrofili che permettono a molecole idrolitiche di attraversare la membrana -> sono necessarie alfa-eliche multiple
ACQUAPORINE: l'acqua è una molecola polare e grazie a queste sue proprietà chimico-fisiche, le molecole d'acqua, diffondono difficilmente attraverso le membrane biologiche. (Esempi più importanti: AQP-1, AQP-5 e TIP)
affinché l'acqua possa attraversare una membrana biologica è necessaria la presenza di canali proteici specifici per il trasporto dell'acqua. Tali canali sono chiamati acquaporine. Il trasporto dell'acqua, avviene per diffusione facilitata, cioè senza dispendio energetico, infatti, il passaggio dell'acqua da una parte all'altra della membrana, avviene secondo osmosi
i movimenti di acqua associati alla regolazione del volume in molti casi richiedono la presenza di acquaporine, le quali aumentano enormemente la permeabilità osmotica delle cellule, permettono un veloce riequilibrio
GIUNZIONI CELLULARI
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COMUNICANTI: creano ponti citoplasmatici tra cellule adiacenti -> GAP JUNCTION -> permettono a ioni e piccole molecole di diffondere tre cellule adiacenti
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TRASPORTO ATTIVO:Il trasporto attivo richiede che la cellula usi energia che proviene dal cibo per spostare le molecole (o particelle più grandi) attraverso la membrana cellulare. E’ il trasporto di un soluto attraverso una membrana da parte delle cosiddette “carrier proteins”.Il soluto si combina con la proteina e ne provoca il cambiamento conformazionale; tale cambiamento dà luogo al trasporto del soluto da una parte all’altra della membrana e quindi al suo rilascio. Questo processo avviene contro un gradiente di concentrazione, da bassa verso alta concentrazione. La cellula spende energia (ATP).
PRIMARIO
Pompa Na/K: pompa 3 ioni. Na fuori dalla cellula e 2 ioni K dentro. Mantiene i gradienti di concentrazione di Na e K a cavallo della membrana. Usa 1 ATP per ogni ciclo. Esempio-> Ca ATPasi: SERCA -> pompa del calcio del reticolo sarcoplasmatico
Il trasporto attivo è importante nel mantenere la concentrazione ionica nelle cellule e tra le cellule.
• Le pompe sodio-potassio (Na+/K+) sono importanti per le contrazioni muscolari, la trasmissione degli impulsi nervosi e l’assorbimento dei nutrienti.
• Le pompe Na+ - K+ nelle cellule animali pompano gli ioni Na+ fuori, e gli ioni K+ dentro, contro il gradiente di concentrazione.
SECONDARIO
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ANTIPORTO
Na/Ca : ha un ruolo chiave nel controllo del calcio intracellulare in tutte le cellule, dove è costantemente attivato.
Na/H: svolge un ruolo determinante nel controllo del pH intracellulare di tutte le cellule. È particolarmente importante a livello renale.
avvengono contro gradiente di concentrazione, solitamente non utilizzano direttamente l'energia metabolica
È richiesta energia metabolica -> ATP (4 classi) -> P-class pumps, V-class proton pumps, F-class proton pumps e ABC superfamily
ATPasi di tipo "ABC" -> ATP Binding Cassette -> questo tipo è formato da 4 domini proteici: 2 TRANSMEMBRANA, capaci di interagire con le molecole cargo, e 2 CITOSOLICI, capaci di legare e idrolizzare ATP per ricavare energia utile a modificare la conformazione del complesso. (Elevato num di quetso tipo di trasportatori nelle membrane delle cellule dell' APPARATO GASTROENTERICO e dell'EPITELIO POLMONARE. Sono coinvolti nell'escrezione di farmaci e sostanze idrofobiche (MDR) e in quella di ioni cloruro(CFTR)
TRASPORTO PASSIVO:Il trasporto passivo non richiede questo consumo di energia e avviene spontaneamente.
DIFFUSIONE SEMPLICE
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permette la diffusione di piccole e polari molecole come, O2, CO2, benzene
DIFFUSIONE FACILITATA
molecole piccole e polari, tipo glucosio, grazie a proteine carrier
avviene in direzione da alta a bassa concentrazione e dunque non richiede dispendio di energia da parte della cellula. È il metodo attraverso il quale il glucosio viene trasportato attraverso le membrane.
molecole che non passano attraverso lo strato fosfolipidico, possono tuttavia attraversare la membrana plasmatica lungo il loro gradiente dii concentrazione utilizzando speciali proteine (specifiche per ciascuna molecola)
CANALI IONICI: permetttono selettivamente il passaggio di un tipo di ione (ad es. il canale per il potassio)
Sono proteine di straordinaria importanza nello svolgimento di tutte le funzioni corporee. Non a caso, gran parte dei veleni di cui alcuni serpenti, ragni, scorpioni, pesci, ecc. si servono per difendersi dai predatori o per immobilizzare le prede (per non parlare dei “veleni” vegetali come il curaro) impediscono la funzione di qualche canale ionico.Le mutazioni genetiche che portano ad un disordine nel funzionamento di qualche canale ionico hanno conseguenze dannose e spesso disastrose per l’organismo (canalopatìe).Molti scommettono che i canali ionici siano il bersaglio molecolare più promettente per lo sviluppo di nuovi farmaci.
i canali ionici (regolati) possono assumere una conformazione "APERTA" e una "CHIUSA" in risposta agli stimoli modulatori. Gli ioni possono attraversare la membrana solo quando questo è nello stato aperto. Alcuni canali possono assumere uno stato "INATTIVATO"
Ogni canale ionico è costituito da un certo numero di subunità proteiche (o domini della stessa proteina), disposte “in cerchio” in modo da delimitare un poro transmembranario contenente acqua.La struttura dei canali ionici e le proprietà funzionali che ne derivano sono molto diversificate.
Due aspetti (riconducibili a parti distinte della loro molecola)
SELETTIVITÀ
CANALI DEL K:I canali del K+ hanno pori più ampi degli ioni Na+ e tuttavia favoriscono il passaggio di ioni del K+ ma non di ioni Na+ li ioni K+, idrati in soluzione, perdono le molecole di H2O quando passano attraverso il filtro di selettività e formano dei legami di coordinazione con quattro O- di gruppi carbonilici.
Gli ioni Na+, essendo più piccoli, non possono coordinarsi perfettamente con questi O- e quindi attraversano il canale solo raramente.
La selettività indica lo ione (o gli ioni) che possono attraversare la membrana quando il canale si trova nello stato aperto.
alcuni canali sono selettivi (≈) per un’unica specie ionica (es. Na+, K+, Ca2+, Cl-).
alcuni sono selettivi per un gruppo di specie ioniche, tipicamente per i cationi (o per gli anioni).
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- presenza di cariche elettriche fisse sulla parete interna del canale di intensità e densità specifiche
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- grado di idratazione dello ione
Gli ioni formano dei temporanei legami di coordinazione con residui amminoacidici della parete del poro
GATING
Il poro interno al canale, per effetto delle vibrazioni (“variazioni conformazionali spontanee”) della proteina, può passare ciclicamente da uno stato chiuso (impermeabile agli ioni) ad uno stato aperto in cui gli ioni passano mediamente ad una velocità di 106/sec
N.B.: Si vedrà che la corrente di singolo canale (dell’ordine dei pA) può essere misurata con tecniche opportune ( “patch clamp”). Si tratta della prima registrazione di un segnale fisico generato da una singola molecola!
● Il termine gating (“gate” = porta, cancello) indica il processo per cui un fattore (o più fattori) privilegia la permanenza di una certa classe di canali nello stato aperto (o nello stato chiuso).
alcuni canali (canali di “leakage”) restano sempre aperti (“canali senza gating”). Fisiologia → potenziale di membrana in condizioni di riposo
alcuni vengono aperti dalla distensione della membrana (stretch-channels o mechanosensitive-channels).
Fisiologia → meccano-recettori, es. corpuscoli di Pacini, cellule ciliate dell’orecchio interno, ecc.
ABBIAMO CANALI: 1.sempre aperti 2. voltaggio dipendenti 3. chemiodipendenti con segnale extracellulare: neurotrasmettitori 4. chemiodipendenti con messaggio intracellulare: cAMP,cGMP, proteine G
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CARRIERS: sono utilizzati per far passare molecole più complesse (ad es. il carrier per la cisteina)
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TRASPORTO VESCICOLARE
Endocitosi – meccanismo attraverso il quale grandi molecole, frammenti di tessuto, batteri e altre particelle visibili al microscopio possono passare attraverso la membrana cellulare.
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endocitosi costitutiva e mediata da recettore. Quest’ultimo tipo è specifico, avviene grazie a recettori collocati sulla membrana ed è responsabile del trasporto di proteine a bassa densità, vitamine, insulina, ferro, tossine virus e fattori di crescita.
Esocitosi – è essenzialmente il meccanismo inverso all’endocitosi. E’ il metodo con il quale sostanze di scarto, muco e prodotti cellulari (ormoni e neurotrasmettitori) passano nello spazio extracellulare.
- I prodotti della cellula vengono racchiusi nelle vescicole del Golgi
- Le vescicole si fondono con la membrana cellulare e
- secernono il materiale fuori dalla cellula.
TRANSCITOSI: Combinazione di endocitosi, trasporto vescicolare ed esocitosi utilizzata per il trasporto di molecole grandi che non possono attraversare l’epitelio su un carrier. Nel neonato l’assorbimento intestinale degli anticorpi del latte materno avviene tramite transcitosi.
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