Membrane cellulari

Riescono con qualche difficoltà ad

oltrepassare una membrana

Hanno grandi difficoltà ad oltrepassare

una membrana

Sono del tutto impossibilitate ad

oltrepassare una membrana

Quindi non si tratta di una questione di dimensioni, ma di un rapporto di idrofobicità e

idrofilicità.

Le membrane sono impermeabili anche alle proteine e per questo esistono dei meccanismi,

chiamati traslocazioni, validi anche per altri soluti, che permettono il passaggio della proteina

nella membrana.

Permeabilità di una membrana = ciò che una membrana permette o non permette di far

passare; quindi, come i soluti si muovono attraverso la membrana

8

Lezione di biologia 1 Aprile 2022

Quali sono i meccanismi che permettono di far passare molecole che normalmente non

potrebbero o potrebbero attraversare una membrana?

Innanzitutto, tutto ciò che non può superare la membrana ha bisogno di proteine o complessi

proteici, che permettono di creare delle aperture nella membrana e permetterne quindi il

loro passaggio.

Abbiamo due classi di complessi proteici noti come trasportatori e canali.

Essi sono diversi, perché i canali servono fondamentalmente a far passare ioni, mentre i

traportatori servono per permettere il passaggio di molecole, come zuccheri o molecole

semplici.

Tuttavia, le loro funzioni avvengono in maniera diversa: i canali sono molto più efficienti dei

trasportatori.

Il trasportatore permette il passaggio di un soluto alla volta, perché il passaggio richiede un

cambiamento conformazionale del traportatore e questo cambiamento conformazionale

viene indotto dal soluto.

Senza soluto, il traportatore è aperto, per esempio, dal lato extracellulare e chiuso da quello

intracellulare.

Quando il soluto entra nel suo sito (trasportatore), questo legame soluto-trasportatore

induce un cambiamento conformazionale al traportatore stesso, per cui si aprirà dal lato

intracellulare e si chiuderà da quello extracellulare.

Quando il trasportatore cambia di forma, perde affinità, il soluto viene ceduto e passa. (un

soluto alla volta, perché il passaggio si chiude ogni volta)

Quindi il traportatore avrà una interazione più forte nei confronti del soluto, rispetto al canale,

perché il canale si apre solo una volta, cioè ha bisogno di un solo cambio conformazionale, e

una volta che si è aperto, i soluti cominciano a passare uno dopo l’altro, senza che il canale si

chiuda e si apra ogni volta. Meno interazione c’è, più movimento c’è

Trasporto attraverso le membrane biologiche (1) I canali presentano un filtro di selettività. (es:

i canali del cloro fanno passare solo il cloro)

Trasportatori Canali

Carrier o permeasi Tuttavia, la loro interazione con il soluto è

Interagiscono col soluto in Interagiscono col soluto in molto bassa. Infatti, se il soluto interagisse

maniera specifica e mediante un maniera debole formando pori

cambiamento conformazionale acquosi per permettere il fortemente con il canale, appena entra si

ne permettono il passaggio passaggio di soluti specifici fermerebbe.

Interazione soluto trasportatore>

interazione soluto canale

Qual è la forza che spinge un soluto da una parte all’altra della membrana?

La forza è il gradiente di concentrazione.

Tutti i soluti, spontaneamente, tenderebbero a muoversi da una regione più concentrata a

una meno concentrata, quindi secondo gradiente di concentrazione.

9

Lezione di biologia 1 Aprile 2022

I soluti che possono muoversi liberamente secondo gradiente di concentrazione sono quelli

permeabili alle membrane.

Quindi tutte le molecole gassose e idrofobiche superano la membrana senza l’ausilio di

traportatori o canali, ma sempre secondo gradiente di concentrazione.

Se non ci fosse una differenza nel gradiente di concentrazione, il soluto non si muoverebbe.

Quindi quando si parla di trasporto, trattiamo del passaggio di un soluto attraverso la

membrana, che avviene in maniera assistita, con canali e trasportatori, se non ci fosse bisogno

di questi ultimi, il processo si chiamerebbe diffusione.

Il soluto si muove per diffusione semplice, perché non ha bisogno né di canali e né di

trasportatori, se ha bisogno di un canale o di un traportatore si parla di traporto attraverso

una membrana.

Se il traporto avviene secondo gradiente di concentrazione abbiamo il traporto passivo.

Nel trasporto attivo c’è bisogno di un traportatore, ma il soluto deve andare contro gradiente

di concentrazione; quindi, è un tipo di traporto che richiede energia.

Trasporto attraverso le membrane biologiche (2)

Trasporto Trasporto

Passivo Attivo

Secondo gradiente Contro gradiente di

di concentrazione concentrazione

Quando si parla di ioni, non si parla solo di Gradiente Elettrochimico

gradiente di concentrazione, ma anche di

gradiente elettrochimico, perché le membrane

biologiche spesso sono polarizzate, cioè un lato

della membrana spesso ha la prevalenza di uno

ione diverso rispetto all’altro, come se un lato

fosse più carico positivamente e l’altro più

carico negativamente.

Questo può influenzare la forza che fa passare

gli ioni da una parte all’altra.

In una membrana senza potenziale, gli ioni, sia

positivi che negativi, saranno spinti solo in base

alla loro differenza di gradiente di contrazione.

Se la membrana è polarizzata, quindi un lato è carico positivamente e l’altro negativamente,

gli ioni che sono positivi saranno molto più attratti dall’altro lato e viceversa.

10

Lezione di biologia 1 Aprile 2022

Il potenziale di membrana può influenzare la spinta che fa muovere gli ioni per passare da

una membrana ad un'altra

Il potenziale si genera quando, da una condizione di partenza, cioè dove da entrambi i lati di

una membrana c’è un egual numero di cariche positive e negative, per cui la differenza è zero,

si passa ad una situazione in cui,

invece, si forza lo spostamento di Potenziale di Membrana

alcuni ioni da una parte rispetto

all’altra e quindi, in questo caso, vi

è una maggiore concentrazione di A livello della membrana

cariche positive da un lato e di plasmatica il potenziale a

riposo è di circa -70mV

cariche negative dall’altro,

creando una differenza di

potenziale, che allo stato basale è

di circa -70 volt. Il traporto attivo serve a far muovere un

Trasporto Attivo soluto contro gradiente di concentrazione,

Contro gradiente di

concentrazione fornendo l’energia che serve a vincere la

spinta che lo farebbe muovere secondo

gradiente di concentrazione.

Ci possono essere dei trasportatori che utilizzano questo meccanismo accoppiato oppure ci

sono delle pompe che consumano ATP, cioè idrolizzano ATP per ricavare l’energia che serve

a spingere un soluto contro il suo gradiente di concentrazione. (quest’ultimo viene utilizzato

molto spesso per gli ioni)

Inoltre, ci possono essere anche delle pompe che funzionano con la luce, perché la luce è fatta

di fotoni, di energia.

Dare luce significa dare energia.

Quindi, ci sono dei canali e dei traportatori, che ricavano energia dalla luce, perché sono

appunto fotosensibili.

Questo è un tipo di trasporto che non utilizza una energia, nè la ricava dall’idrolisi dell’ATP nè

dalla luce.

Però, se il processo viene definito attivo, da chi ha ricevuto energia?

Dall’altro trasporto, perciò viene definito “accoppiato”.

Il traporto attivo accoppiato sarebbe il trasporto facilitato.

Il quadratino arancione andrebbe verso il basso, però si può muovere contro il suo gradiente

di concentrazione, se questa reazione viene accoppiata ad una che va nel senso opposto in

maniera favorevole.

È come una reazione enzimatica, con delta G positivo, che per poter funzionare, può essere

accoppiata con una reazione molto negativa.

Ma non necessariamente idrolizzando ATP, può essere anche un altro tipo di reazione, come

in questo caso, il passaggio di un altro soluto.

11

Lezione di biologia 1 Aprile 2022

Il tipico esempio è l’assimilazione da parte delle cellule del glucosio.

Quando si parla di trasporto accoppiato

di legami sono generalmente di 2 tipi,

Trasporto Attivo

Accoppiato o dove i 2 soluti che devono passare

Facilitato attraverso il trasportatore, possono

passare insieme nella stessa direzione in

simporto o antiporto (uno entra e uno

esce).

L’importazione del glucosio avviene in simporto e avviene perché si sfrutta il gradiente

positivo del sodio. Pompa ATPasi Na -K è cruciale per l’importo di glucosio nelle

+ +

cellule epiteliali intestinali

Una prima interazione della proteina con gli ioni sodio rende

possibile la fosforilazione mediante ATP i questa pompa sodio-

potassio, che cambia conformazione, libera sodio all’esterno e

lega potassio. Il legame determina il distacco del fosforo, il che

permette alla pompa di cambiare conformazione riaprendosi

verso lʼinterno, dove libera gli ioni potassio

Il glucosio fondamentalmente ha una concentrazione alta nella cellula, rispetto all’ambiente

extracellulare; quindi, come fa una cellula a prendere glucosio dall’ambiente extracellulare

se dentro all’intracellulare ha una concentrazione più alta?

Deve andare contro gradiente di concentrazione, quindi il glucosio non entrerebbe mai

spontaneamente in una cellula.

Per entrarci ha bisogno di accoppiare la reazione sfavorevole ad una favorevole, che è quella

del sodio, che invece si trova a concentrazioni alte fuori la cellula e basse dentro.

Il sodio si muove secondo il suo gradiente elettrochimico ed entra in maniera favorevole e

frequente, perché ha un'alta concentrazione fuori.

Come possiamo osservare, il sodio entra per primo nel trasportatore e il legame sodio-

trasportatore fa aumentare l’affinità del trasportatore per il sodio.

Quindi se anche lui è basso fuori come concentrazione è il traportatore che ha una maggiore

affinità e che riesce a catturare meglio il glucosio.

A questo punto entra nel glucosio, quando ci sono tutti e due, cambia la forma del

trasportatore e quindi si apre dal lato citosolico e rilascia i legami.

In questo modo, il sodio si può accumulare nella cellula e ha una concentrazione più alta

rispetto a fuori e il sodio passa.

Se accade sempre questo il sodio tenderebbe ad entrare nella cellula e di conseguenza la sua

concentrazione fuori si dovrebbe andare ad impoverire, ma aumentare a livello cellulare,

quindi dovrebbe perdere questo gradiente. 12

Lezione di biologia 1 Aprile 2022

Tuttavia, se si perde il gradiente del s