Trasporto attivo e il trasporto passivo

TRASPORTO ATTIVO

Il trasporto attivo avviene attraverso la presenza di un trasportatore e può essere primario (trasporto che

consuma energia direttamente) o secondario (avviene sfruttando il gradiente di un soluto generato da un

trasporto primario consumo di energia indiretto.

→

i processi di trasporto attivo sono termodinamicamente sfavoriti, quindi hanno bisogno di una fonte

● di energia utilizzano l’energia dell’ idrolisi di ATP per trasportare ioni contro gradiente di

→

concentrazione

elevata specificità

● possono trasportare un solo tipo di ione o possono essere scambiati ioni diversi se si ha a che fare

● →

con un unico ione il trasportatore è elettrogenico (genera una corrente elettrica), ma se sei ha a che

fare con un trasportatore che trasporta in direzioni opposte cariche opposte, allora queste si possono

annullare e nel complesso il trasportatore è definito elettroneutro

il trasporto attivo genera e mantiene i gradienti di concentrazione, che non possono mai essere

● dissipati, perché altrimenti ci si allontanerebbe dallo stato stazionario (continua genesi di un

gradiente) andando in una situazione di equilibrio (non ci sarebbe più flusso di soluto).

Trasporti attivi primari

Pompa Sodio / Potassio

Indispensabile per le cellule eccitabili (capaci di generare segnali elettrici che costituiscono in variazioni del

potenziale di membrana, variazioni che non sono casuali ma di ampiezza e durata ben definite, tale da

consentire la genesi del potenziale d’azione, rapida variazione del potenziale di membrana di una cellula →

prerequisito per svolgere funzioni specifiche, come comunicare, nel caso di neuroni, o contrarsi, nel caso di

cellule muscolari).

Il potenziale di membrana a riposo è consentito e definito dalla pompa Sodio / Potassio, che genera i

gradienti di concentrazione di questi due ioni e fa sì che il sodio sia più concentrato all’esterno della cellula e

il potassio all’interno.

due conseguenze importanti: determina il potenziale di membrana a riposo e genera condizione in cui il

→

sodio, possa entrare nella cellula e il potassio possa uscire; l’ingresso del sodio e l’uscita del potassio sono i

prerequisiti

per la genesi del potenziale di azione.

Ogni volta che viene idrolizzata 1 molecola di ATP, l’energia ricavata viene utilizzata dalla pompa per

trasportare 3 ioni Sodio all’esterno e 2 ioni Potassio all’interno.

il segno - del potenziale elettrico della cellula indica che all’interno della cellula c’è un concentrazione di

⇒

cariche negative maggiore rispetto all’esterno; -70 mV lo si può ottenere accumulando anioni all’interno della

cellula (Cl- si può accumulare) o accumulando cariche positive all’esterno rispetto all’interno.

la pompa contribuisce quindi a mantenere negativo il potenziale di membrana delle cellule a riposo

⇒

La pompa è elettrogenica (quantità di ioni che esce è diversa da quella che entra, per cui c’è una carica netta

che si genera da questo movimento ionico carica positiva in eccesso all’esterno).

→

Quindi ci sono due gradienti di concentrazione ionica: uno del sodio all’esterno (che quindi nelle condizioni

opportune può entrare) e uno del potassio (concentrazione maggiore all’interno, potassio può uscire) se

→

esce una carica positiva, il potenziale diventa ancora più negativo.

La pompa è ubiquitaria: tutte le cellule hanno un potenziale di membrana a riposo = -70mV

La pompa sodio / potassio è un trimero, formato da una subunità β (determina l’inserzione in membrana

Ⲁ,

della proteina; è glicosilata sulla porzione esterna determina la stabilità), Sulla subunità ha un sito di

Ⲁ

Ɣ.

→

legame per l’ATP e un altro con tre ioni sodio:

- questi tre ioni si legano alla proteina di trasporto su questo sito

- un gruppo fosfato è trasferito dall’ATP alla proteina, determinando un cambio di conformazione

della proteina, che porta il rilascio dei tre ioni Na+ all’esterno

- due ioni K+ si legano alla proteina di trasporto

- il gruppo fosfato viene rilasciato, facendo sì che la proteina ritorni alla sua conformazione originaria;

due ioni K+ sono rilasciati all'interno della cellula

La pompa è una proteina allosterica, poiché l’interazione con il ligando ne causa un cambio conformazionale.

La concentrazione del sodio interna e quella del potassio esterna sono basse. La sua velocità di trasporto può

cambiare, in base alla concentrazione: se aumenta il sodio all’interno, la pompa lavora di più, così se aumenta

il potassio all’esterno.

Richiede un cofattore, che è il Magnesio ed è selettiva per sodio e potassio; c’è anche un bloccante, il Litio,

che sostituendosi al sodio e legandosi alla pompa, ne blocca la funzionalità.

La pompa Idrogeno / Potassio ATPasi

antiporto

● entrano 4 ioni K+, escono 4 ioni H+ a spese di una molecola di ATP: è elettroneutra

● presente soprattutto nelle cellule dell’epitelio gastrico, nelle cellule chiamate ossintiche (che

● producono HCl permette la produzione di alte concentrazioni di HCl e il mantenimento del basso

→

pH gastrico (=2); farmaci che bloccano la pompa inibiscono la secrezione acida.

I protoni derivano dal metabolismo, che porta alla produzione di acido carbonico (attività metabolica

produce CO2, che porta alla formazione di acido carbonico reagendo con l’acqua), che poi si dissocia

in protoni e ione bicarbonato (processo molto importante dal punto vista della fisiologia cellulare).

nelle cellule ossintiche, non solo i protoni devono essere eliminati perché dannosi al pH

⇒

intracellulare, ma servono per abbassare il pH del lume gastrico.

Lo ione bicarbonato è un tampone: quando ce n’è tanto si può combinare con gli idrogenioni, quindi

controllare il pH non viene sprecato, ma viene scambiato con l’antiporto cloro / bicarbonato e

→

attraverso il plasma raggiunge i vari distretti. Recupero quindi il cloro, attraverso il cui canale si

accumula nel lume gastrico e si forma HCl (protoni prima pompati da antiporto protoni/potassio).

Le pompe protoniche sono degli uniporto; per ogni molecola di ATP consumata riescono a portare fuori 2

idrogenioni, aiutando a mantenere il pH intracellulare a 7,2.

Il fatto che continui ad uscire potassio, contribuisce a mantenere a valori negativi il potenziale di membrana

della cellula.

La pompa Ca 2+ ATPasi

Sono presenti sulla membrana plasmatica di tutte le cellule, a livello dei mitocondri e sul reticolo

endoplasmatico liscio.

Espellono due ioni Ca2+ (o all’esterno o li accumulano nel reticolo sarcoplasmatico) per ogni molecola di

ATP consumata, generando concentrazioni nell’ordine del millimolare (10^-3) o all’esterno o all’interno del

lume del reticolo.

La farmacologia permette di distinguere le due pompe, perché la PMCA è quella della membrana plasmatica

e non si hanno dei bloccanti, mentre nel reticolo c’è la pompa del calcio SERCA, che può essere

farmacologicamente modulata.

Quando la pompa del calcio smette di funzionare, si osserva un graduale aumento del calcio citosolico; la

pompa del calcio porta dentro calcio, che però fuoriesce dai canali sul reticolo→ la fuoriuscita ha significati

funzionali molto importanti (nel processo di contrazione muscolare il calcio che esce è quello che fa contrarre

il muscolo).

La pompa del calcio ATPasica è una struttura multimerica: c’è un sito di legame, un dominio proteico di

legame con l’ATP, la cui idrolisi determina la fosforilazione su un altro dominio proteico con cambio

conformazionale, che consente la liberazione del calcio.

Trasporti attivi secondari

I trasporti attivi secondari trasportano molecole e ioni attraverso la membrana utilizzando come sorgente di

energia i gradienti ionici creati dai trasporti attivi primari, dunque non richiedono direttamente energia

metabolica; spesso dipendono dal gradiente del Na+ o di altri ioni (come il Cl-).

I simporti Na+ - dipendenti

I trasporti attivi che dipendono dal sodio sono trasportatori che possono portare all’interno della cellula

glucosio, aminoacidi, ioni (protoni e calcio); il sodio, che entra sempre (+ concentrato all’esterno), si porta

dentro uno ione o un altro soluto o viene sfruttato per un meccanismo di controtrasporto; possono muoversi

nella stessa direzione del sodio (simporti) o in direzione opposta (antiporto). Possono essere elettrogenici o

elettroneutri.

Il glucosio e gli aminoacidi vengono trasportati nella cellula mediante i simporti Na+/glucosio e

Na+/aminoacidi, che vengono anche chiamati trasportatori SGLUT. Sono localizzati o a livello

gastrointestinale, dove serve riassorbire glucosio e aminoacidi, o a livello renale, dove vengono riassorbiti e

non eliminati con le urine.

Gli antiporti Na+ - dipendenti

Tipicamente l’antiporto Na+ / H+ i protoni vengono eliminati dal citosol; trasportatore elettroneutro.

→

Altro antiporto importante, soprattutto a livello cardiaco, è quello Na+ / Ca2+, che rappresenta la terza

strategia che ha la membrana cellulare per tenere bassa la concentrazione di calcio intracellulare.

Dunque, la concentrazione del calcio è maggiore fuori, mantenuta dalla presenza delle pompe del calcio e

dell’antiporto sodio-dipendente: sodio entra, ingresso usato per portare fuori il calcio ogni volta che

→

entrano tre ioni sodio (tre cariche positive), uno ione calcio viene portato fuori (pompa elettrogenica). Il suo

funzionamento, a livello cardiaco, contribuisce a regolare le concentrazioni di calcio. Questo antiporto è

bersaglio di farmaci che servono per trattare l’insufficienza cardiaca (cardiotonici), una patologia in cui, a

causa di vari fenomeno legati alla compromissione dell’apparato cardiocircolatorio si osserva che il muscolo

cardiaco inizia a generare fenomeni di contrazione più deboli un modo per compensare a questa

→

alterazione è quello di aumentare il calcio intracellulare (più calcio c’è. più forza esercita il cardiomiocita);

viene quindi sfruttato un farmaco che va ad agire non sull’antiporto, ma sulla pompa sodio / potassio, che

viene rallentata meno sodio concentrato all’esterno, ridotta tendenza del sodio ad entrare ridotto il

→ →

flusso in uscita di calcio, che si accumula.

Trasporti attivi secondari non Na+ - dipendenti

Uno è l’antiporto Cl- / HCO3-, presente in diverse tipologie cellulari con funzioni anche diverse:

nei globuli rossi: l’anidride carbonica derivante dal metabolismo dei tessuti entra nei globuli rossi,

● dove si combina con l’acqua e forma l&rs