Terza parte appunti Biologia

CANALE DEL POTASSIO

Il canale del potassio è costituito da 4 subunità diverse, quindi 4

catene polipeptidiche organizzate vicine tra di loro. Ognuna di

queste catene costituisce una subunità del

canale e ognuna di esse ha 6 eliche

transmembrana, quindi 6 che passano

Ⲁ-eliche

nella membrana. Le subunità sono diverse nel

canale per il potassio, invece vi è una subunità unica nel sodio, la quale

però è ripetitiva, cioè ci sono segmenti di 6 eliche transmembrana che si

ripetono.

Dalla foto: ci sono 2 eliche (rappresentate in verde) per ognuno dei

segmenti delle subunità: queste parti vanno a disporsi in modo cilindrico

per formare il canale centrale, quindi il filtro di selettività. Nelle 6 eliche ce

n’è una colorata in rosso che è carica in quanto ha degli amminoacidi

carichi: questo è il sensore di voltaggio, quindi la parte del canale che

sentirà il cambiamento di potenziale. I sensori di voltaggio sono 4, uno per

ogni subunità.

I sensori di voltaggio, quando cambia il potenziale, si spostano e spostano le eliche del poro,

aprendo il filtro di selettività. Quindi si parla di un cambiamento conformazionale che porta le

eliche che formano il poro a distanziarsi in modo da lasciar permeare lo ione.

CANALE A CONTROLLO DI LIGANDO

Un esempio di canale a controllo di ligando è il recettore dell’acetilcolina. A volte questi

canali a controllo di ligando si possono chiamare recettori e sono dei canali che legano uno

specifico ligando. Quello che stiamo per analizzare è un neurotrasmettitore chiamato

acetilcolina. È tipico delle sinapsi neuromuscolari, cioè un

neurone motore a livello del bottone sinaptico

terminale. Contiene acetilcolina che viene

rilasciata all’arrivo di un impulso nervoso, essa

viene rilasciata a livello di questo neurone

motore e si lega a questo canale a controllo di

ligando, il quale si trova nella membrana delle

cellule muscolari, nelle fibre muscolari

scheletriche.

Questo canale ha dei siti di legame per l’acetilcolina: quando essa si

lega ai siti di legame, il canale si apre e il sodio, perché è un canale per

il sodio, entra seguendo il suo gradiente elettrochimico. Il sodio è più

concentrato fuori, quindi entra nella cellula muscolare. L’entrata di sodio

scatena un potenziale d’azione nella cellula muscolare che porta alla

contrazione muscolare.

L’acetilcolina fa entrare solo il sodio in qualsiasi neurone, tipicamente

nei neuroni motori.

Quindi l’acetilcolina si lega a queste due specifiche subunità (in verde):

le parti della proteina sono diverse, ci sono due subunità che legano

l’acetilcolina e l’esito è l’apertura del canale con l’entrata di sodio.

CANALI A STIMOLO MECCANICO

Un esempio di canali a stimolo meccanico si può

trovare in un organo uditivo ovvero l’organo del

Corti il quale si trova a livello della coclea (la parte

uditiva dell’orecchio interno).

Nell’immagine vediamo l’organo del Corti, una membrana basilare, una matrice

extracellulare, su cui sono legate delle cellule che fanno da sostegno alle cellule capellute,

che sono le cellule acustiche vere e proprie. Si chiamano capellute perchè sulla membrana

apicale ci sono delle estroflessioni che si chiamano stereociglia: sono come dei microvilli ma

più lunghe. Hanno una particolarità, ovvero che per ogni cellula c’è una lunghezza

decrescente di queste estroflessioni. Sulla membrana delle stereociglia ci sono questi canali

a controllo meccanico, sempre per lo ione sodio, ma questi canali sono legati tra di loro

esternamente da filamenti proteici e, questi filamenti, vanno dalle stereociglia più lunghe

verso quelle più corte adiacenti. Tutte le stereociglia sono legate tra di loro da questi

filamenti che collegano i canali ionici. Sopra queste stereociglia c’è un’altra struttura

chiamata membrana tettoria: l’arrivo delle vibrazioni sonore fa oscillare su e giù la

membrana basilare, quindi le cellule capellute vanno a sbattere contro la membrana tettoria

dell’organo del corti, le stereociglia si flettono e la flessione comporta uno stiramento di

questi filamenti, causando l’apertura meccanica di questi canali ionici.

Quindi questi canali ionici sono sensibili a queste sollecitazioni meccaniche determinate

dalle vibrazioni sonore, quindi si aprono, entrano ioni positivi, e l’entrata di ioni positivi

scatena una variazione di potenziale che viene sentita dalle fibre del nervo acustico. Queste

fibre vengono quindi eccitate e inviano impulsi nervosi al cervello.

La coclea è la parte importante per sentire i suoni grazie a questa eccitazione del nervo

acustico determinato dall’influsso di ioni nelle cellule capellute.

C’è un collegamento tra le cellule capellute e il nervo acustico, per cui il segnale, in termini di

variazioni di potenziale, viene inviato al nervo acustico, a sua volta il potenziale si dirama dal

nervo acustico fino ad essere portato al cervello.

PROTEINE VETTRICI

Un esempio di proteina trasportatrice è il vettore di glucosio GluT1, presente nelle cellule

epatiche; questo carrier trasporta glucosio quando la glicemia è alta, quindi quando viene

secreta l’insulina dal pancreas, la quale ha dei recettori sulla cellula epatica che la legano e

stimolano la conversione di glucosio in glicogeno. In questo modo la quantità di glucosio

rimane costante e il trasportatore è quasi sempre attivo.

Durante il trasporto attivo primario l’ATP viene idrolizzata in

ADP + P (gruppo fosfato), il quale legandosi alla proteina ne

consente il cambiamento conformazionale.

TRASPORTO ATTIVO SECONDARIO (uso indiretto di ATP)

Si realizza quando si hanno trasporti accoppiati. Oltre al

trasporto di una singola sostanza, detto uniporto, le proteine

vettrici possono effettuare trasporti di molecole organiche

idrofiliche o ioni, a coppie e possono avvenire contemporaneamente nella stessa direzione

(simporto) o in direzioni opposte (antiporto). Il passaggio di alcune sostanze, contro

gradiente di concentrazione, si realizza solo in presenza dell’adeguato soluto. Il trasportatore

utilizza come energia potenziale il gradiente elettrochimico di uno ione, determinato da un

+

trasporto attivo primario (es. gradiente di Na ), per trasportare una molecola contro il suo

+

gradiente di concentrazione. Questo trasporto è il caso del Cotrasporto Na /glucosio

(pompa del glucosio) nella membrana apicale delle cellule dell’epitelio intestinale, a livello

dei microvilli. Il glucosio che arriva nel lume intestinale viene pompato nella cellula

intestinale grazie al gradiente favorevole di sodio, quindi il glucosio si accumula nella cellula

intestinale e fa sì che tutto il glucosio nel lume venga assorbito dalla cellula intestinale,

quindi entrando contro gradiente.

Una volta che il sodio è accumulato dentro, nella membrana basale avvengono degli

uniporti, quindi dei vettori del glucosio che fanno uniporto,

trasportano solo glucosio in modo passivo (il glucosio è

concentrato nella cellula intestinale e per gradiente, quindi per

diffusione facilitata, sfruttando questo vettore può oltrepassare la

membrana basale e ritrovarsi nel tessuto sottostante all’epitelio.

Dalla foto: fluido extracellulare, dove c’è un connettivo che contiene il vaso sottostante

all’epitelio e quindi il glucosio andrà a finire per diffusione nel vaso sanguigno e arriverà al

fegato. Il glucosio viene rilasciato passivamente dalla cellula affinché possa essere utilizzato

poi da altri tessuti, quindi arriva al fegato e da qui viene distribuito a tutto l’organismo con la

circolazione sanguigna.

ANTIPORTO

Se esistessero solo i canali si raggiungerebbe

l’equilibrio delle concentrazioni interne ed esterne, ma

la cellula è in grado di mantenere una differenza di

gradienti. La pompa che permette di fare ciò si chiama

+ +

pompa Na /K (trasporto di 2 ioni), la quale è in grado

di mantenere le differenze di concentrazioni ioniche,

quindi Na+ più concentrato fuori mentre il K+ più

concentrato dentro. Il Cl è più concentrato fuori e

meno concentrato dentro.

Questa pompa tenderà a portare fuori il Na+, contro il

suo gradiente di concentrazione, e tenderà a portare

dentro il K+, contro il suo gradiente di concentrazione,

in modo da mantenere queste differenti concentrazioni

a cavallo della membrana.

Il funzionamento di questa pompa è stato scoperto da

Skou: La pompa compie un

ciclo, partendo dalla

fase 1 nella quale è in una conformazione E1, in cui un ATP

è legato a una porzione intracellulare della pompa che

sporge verso il citosol. Nella conformazione E1 vi sono

inoltre dei siti di legame per 3 ioni Na+ rivolti verso l’interno,

in cui esso può legarsi facilmente perché c’è un’elevata

affinità. Avviene il passaggio dalla conformazione E1, che

lega fosfato e tre ioni Na+, alla fase E2.

In questa l’ATP viene idrolizzato ad ADP+ P, poi si stacca

dalla protuberanza del dominio intracellulare della pompa e

va nel citosol per essere ricaricato e ridiventare ATP. In

questa conformazione c’è una chiusura in cui c’è la stabilizzazione del legame con gli ioni

Na+, la pompa inizia dunque a cambiare conformazione per passare alla conformazione E2

in cui la pompa si apre verso l’esterno diminuendo la sua affinità per gli ioni Na+, che quindi

vengono rilasciati all’esterno della cellula. Quindi nel passaggio da E1 a E2 c’è una

variazione conformazionale minima dei siti di legame per gli ioni Na+. In questa

conformazione, cioè quando il K+ si lega alla pompa, viene leggermente modificata la

conformazione della proteina e il fosfato viene rilasciato, cioè avviene una defosforilazione

del dominio intracellulare della proteina. Quando viene rilasciato, la proteina cambia ancora

conformazione aprendosi verso l’interno e diminuisce la sua affinità per il K+, il quale viene

lasciato all’interno della cellula. In questa conformazione la pompa lega ATP e torna a legare

3 ioni Na+. Questo avviene grazie alla fosforilazione della pompa che è l’energia iniziale che

consente il cambiamento conformazionale.

Tutte le cellule hanno pompe sodio-potassio, non solo quelle nervose. Infatti questa pompa

è utile per compiere trasporti accoppiati e quindi trasportare le molecole essenziali per la vita

della cellula che necessitano un trasporto compiuto da proteine.

L’intestino ha una forma di tubo cavo e la cavità viene chiamata lume, esso è formato da una

serie di te