Biochimica

Trasporto attivo secondario

Trasporto attivo secondario: utilizza l’energia creata dalla differenza in concentrazione dello ione 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.

Simporto Na+ glucoso

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 di 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+.

Meccanismo di assorbimento del glucoso

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 va attraverso la vena porta, direttamente al fegato. Lì troviamo il GLUT2 della membrana basale dell’intestino, accumula glucoso all’interno dell’organo.

Struttura delle SGLUT e altri trasportatori

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.

Assorbimento di amminoacidi e glucoso

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.

Sistemi di antiporto

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’interno dalla cellula proprio a causa della differenza di concentrazione.

Effetto dei cardiotonici della digitale

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.

Categoria di ATPasi: abc binding cassette

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.

Proteine multi farm resistant

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.

Inibizione dei trasportatori abc binding cassette

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 prolungata 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

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.