Biochimica

TRASPORTO ATTIVO SECONDARIO: utilizza l’energia creata dalla differenza in concentrazione dello ionio

Na+. Ci sono 3 meccanismi che utilizzano questa inadeguata distribuzione di Na+; utilizzano cioè il

passaggio di Na+ spontaneo per il raggiungimento dell’equilibrio, quindi l’energia del potenziale

elettrochimico creato dalla pompa Na+/K+ per veicolare e a questo punto abbiamo la sola direzione

dell’ingresso e quella verso la cellula perché se il Na+ è fortemente concentrato all’esterno

spontaneamente tenta, attraverso i propri canali o attraverso questi trasportatori, di entrare all’interno

della cellula. Il simporto Na+ glucoso si trova in maniera specifica nella membrana apicale dell’eritrocita.

Questo trasportatore non è un GLUT, perché utilizza un apporto di energia. Questo meccanismo si trova

nella membrana apicale dell’eritrocita, quindi l’ingresso del glucoso a seguito di un pasto ricco in amido,

non è un ingresso per diffusione, ma un ingresso mediato dal trasferimento di due ioni Na+, quindi

dobbiamo immaginare che esista una proteina che si chiama S-GLUT (sodio glucoso trasporter) a

differenza dei GLUT ,che invece sono tutti trasporti facilitati e utilizzano solo GLUT TRANSPORTER, quindi

non hanno bisogno alcun composto in accoppiamento. L’S-GLUT si trova nella membrana apicale

dell’intestino e lega Na+ e contestualmente glucoso. A causa della differenza di concentrazione di Na+

ai due lati della membrana, la proteina che ha legato Na+ può facilmente cambiare la propria

conformazione utilizzando l’energia immagazzinata dalla differenza del potenziale elettrochimico del Na+.

Quindi quando questa proteina nel lume intestinale lega ioni Na+ e contestualmente glucoso, subisce

una modifica conformazionale che non dipende da idrolisi di ATP, ma sfrutta il DELTA G, quindi la

variazione di energia libera determinata dalla differenza di potenziale del Na+ per cui spontaneamente

questa proteina tende a portare all’interno il Na+. La concentrazione del Na+ intracellulare è molto bassa,

di conseguenza la proteina cede il Na+, con esso perde l’affinità del glucoso che all’interno della cellula

epiteliale si accumula fino a quando non raggiunge la concentrazione alla quale il trasportatore, GLUT2, lo

trasferisce per semplice trasporto in circolo nel sangue. Questo passaggio mediato dallo SGLUT è tanto

più efficiente

quanto maggiore è la differenza di potenziale del Na+. Quindi dobbiamo immaginare che all’ingresso del

Na+ mediato dallo SGLUT debba agire la Na+ ATPasi nella membrana basale dell’eritrocita per escludere

il Na+ che è entrato in associazione al glucoso, scambiarlo con il K+ per mantenere quindi inalterata la

differenza di potenziale elettrochimico generato dalla stessa Na+/K+ ATPasi. Quindi questo meccanismo

di trasporto è un trasporto attivo secondario perché nel trasporto iniziale del composto viene utilizzata

l’energia libera dovuta al potenziale elettrochimico, ma quando questo trasferimento è avvenuto, perché

si mantenga il potenziale elettrochimico dello ione cootrasportatore è necessario utilizzare dell’ATP,

mettere in moto la Na+/K+ ATPasi perché la concentrazione all’interno del Na+ venga mantenuta bassa

dall’alta affinità che la forma E1 della Na+/K+ ATPasi ha per il Na+. Quindi aumentando la concentrazione

del Na+ cellulare, si incrementa l’attività della Na+/K+. Con questo ciclo l’eritrocita può assorbire il

glucoso derivante dall’alimento e trasferire questa molecola nel circolo. Il sangue derivante

dall’assorbimento dell’eritrocita và attraverso la vena porta, direttamente al fegato. Lì troviamo il GLUT2

della membrana basale dell’intestino, accumula glucoso all’interno dell’organo. L’SGLUT è formato da 14

eliche transmembrana, 9 sono le eliche che costituiscono il sistema di trasporto in cui sono presenti i due

canali attraverso cui passano rispettivamente il Na+ e il glucoso, mentre le ultime 5 servono come eliche

di trasferimento. In analogia alla Na+/glucoso trasporto attivo secondario nell’eritrocita, nella membrana

apicale dell’eritrocita stesso abbiamo un altro sistema di sinporto che utilizza la differenza elettrochimica

generata dalla Na+/K+ ATPasi ed è il meccanismo di trasferimento, cioè di assorbimento degli

amminoacidi. Quindi assorbire amminoacidi e glucoso dalla dieta è un processo che predispone lo

scambio di energia, se non in maniera diretta, in maniera mediata dalla Na+/K+ ATPasi. La differenza con

l’SGLUT è che, mentre quest’ultimo trasferisce due ioni Na+ all’interno per ogni molecola di glucoso che

entra, il trasportatore degli amminoacidi, quindi il simporto amminoacido-Na+ ha una stechiometria 1:1,

cioè uno ione Na+ per ogni amminoacido. Esistono però numerosi trasportatori per amminoacidi

sull’eritrocita perché la conformazione, la struttura dei 20 amminoacidi, che abbiamo presentato è molto

diversa tra di loro, quindi esistono almeno 5 trasportatori diversi per classi di amminoacidi; ci sono dei

trasportatori specifici per amminoacidi neutri, ci sono non polari, per amminoacidi polari non carichi, per

quelli polari carichi, per quelli idrofobici e per quelli aromatici, ma tutti quanti utilizzano il simporto con il

Na+ per assorbire amminoacidi dalla dieta. L’unico sistema antiporto che utilizza la differenza di

potenziale generato dal gradiente elettrochimico del Na+ è la pompa Na+/Ca2+. Non possiamo definire

questa pompa ATPasi perché l’ATP non serve per modificare chimicamente il trasportatore. Questa pompa

si trova sulla membrana plasmatica e trasferisce all’esterno lo ione Ca2+ in antiporto con il Na+; quindi

la stechiometria è 1:1, è una pompa elettrogenica perché trasferiamo una carica positiva all’interno, ma

trasferiamo all’esterno il Ca2+ bivalente, quindi elettrogenica, e insieme alla PMCA, cioè all’ATPasi

plasma membrana calmodulina dipendente esclude Ca2+ dall’interno della cellula verso lo spazio

extracellulare, utilizzando l’energia di trasferimento dello ione Na+, che è spinto verso l’internodalla

cellula proprio a causa della differenza di concentrazione. L’esistenza di questo antiporto Na+/Ca2+

rende conto dell’effetto dei cardiotonici della digitale. Il cardiotonico della digitale Na+/K+ ATPasi perché

la cristallite in una forma E2 fosforilata e di conseguenza l’effetto è quello di un aumento della

concentrazione dello ione Na+. L’aumento della concentrazione ione Na+ intracellulare fa diminuire

l’attività dello scambiatore con il Ca2+ perché questo fuoriesce dalla cellula solo se Na+ entra,

sfruttando la differenza in concentrazione; quanto più bassa è questa differenza di concentrazione tanto

meno funzionerà l’estruzione di Ca2+. E quindi all’incremento della concentrazione del Na+ a causa del

blocco della digitosina della PMCA, si verifica un aumento del Ca2+ citosolico e con essa la maggiore

disponibilità dello ione ha la concentrazione del muscolo. La seconda categoria di ATPasi: ABC binding

cassette. Sono delle proteine che utilizzano idrolisi di ATP, anche essi per escludere dalla cellula opposti;

quindi mentre le pompe P hanno dei meccanismi anche di scambio tra esterno ed interno, le ABC binding

cassette hanno soltanto un meccanismo di esclusione di

molecole, tra i quali amminoacidi, peptidi e proteine, colesterolo. Sono responsabili della simmetria dei

fosfolipidi di membrana: FLOPPASI, che portano fosfotidilserina e escludono fosfotidilcolina dall’interno

verso l’esterno della membrana. Trasportano Sali biliari, quindi sono anche responsabili anche

dell’eliminazione dei Sali biliari, dal fegato nel dotto biliare, e anche composti idrofobici. La categoria di

ABC binding cassette che in maniera selettiva escludono dalla cellula farmaci, vengono chiamati proteine

multi farm resistant, proprio perché se escludono farmaci impediscono l’accumulo di queste molecole

all’interno dell’organismo e della cellula in target dell’azione e quindi la loro azione farmacologica. Lo

studio di inibitori dell’ABC binding cassette , in particolare delle MDR è molto importante nella ricerca

farmacologica perché la sovraespressione della MDR non è responsabile della farmacoresistenza.

Sappiamo che alcune terapie, soprattutto quelle oncologiche, devono essere cicli brevi e devono essere

ben distanziati proprio per evitare che la cellula tumorale selezioni dei meccanismi di farmacoresistenza. I

meccanismi di farmacoresistenza in questione sono proprio l’induzione di geni che codificano per proteine

ABC binding cassette che aumentando come numero sulla superficie plasmatica pompano all’esterno una

quantità sempre maggiore di farmaco rendendone efficace la sua azione. Le proteine che escludono i

xenobiotici, si chiamano proteine multi farmaco resistenti, e sono inducibili; maggiore è la quantità di

xenobiotico, maggiore sono i meccanismi a carico dei fattori di trascrizione che consentono la

trascrizione, la sintesi e la produzione di queste proteine. Inibiscono in maniera selettiva dei trasportatori

ABC binding cassette per alcuni farmaci, quali chemioterapici, è un obiettivo dell’aria della farmacologia

perché consentirebbe una terapia prolungato di un farmaco che ha delle ottime risposte in termini di

inibizione, ad esempio della crescita cellulare, ma che non può essere dato a lungo termine perché

risulterebbe una terapia inefficace proprio a causa della sovraespressione che spontaneamente la cellula

tumorale compie sintetizzando quantità maggiori di ABC binding cassette, specifiche per quel farmaco.

Per esempio in coltura cellulare è molto semplice rendere una linea cellulare resistente al cisplatino. È

sufficiente esporre questa coltura a brevi, ma prolungati periodi di cisplatino. In breve tempo dopo pochi

passaggi di proliferazione la cellula diventa resistente al cisplatino, proprio perché ha aumentato la

capacità di sintesi di proteine che lo escludono all’esterno della cellula stessa ( meccanismo di resistenza

acquisita per aumentare l’espressione delle proteine sulla membrana).

STRUTTURA DELLE ABC BINDING CASSETTE: sono formate tutte quante da 6 segmenti ad α elica e un

dominio globulare, che si chiama dominio WALKER e lega ATP. Tutte le ABC binding cassette

omodimerizzano; quindi tutte le ABC binding cassette sono costituiti da due domini, uno per monomero,

due domini WALKER, chiamati WALKER A e WALKER B dove si lega l’ATP e dove ha luogo il processo di

fosforilazione che consente la variazione conformazionale della proteina e l’esclusione. Tutte quante sono

costituite da 12 α eliche, 6 per monomeri, che si organizzano con un punto centrale di cerniera. Q