Trasporto inter ed extracellulare

ESEMPIO VIRUS

Questi meccanismi riguardano ad esempio l’interazione tra un virus e una

cellula che portano la stessa ad essere infettata. La prima fase prevede un

riconoscimento specifico tra le strutture virali VAP viral attachament

proteine o antirecettore del virus con dei recettori della membrana

plasmatica cellulare. Dopo il legame, la cellula porterà all’interno il virus

tramite endocitosi oppure tramite fusione della membrana del virus con la

membrana plasmatica. Successivamente il virus libererà il proprio contenuto

all’interno dell’ambiente citoplasmatico grazie a delle proteine del capside

che riescono a determinare l’apertura della membrana virale.

MECCANISMO DELLA CITOSI (spiegato dopo nel dettaglio)

Un tipo di trasporto a parte vede il coinvolgimento fisico della struttura

cellulare anche a livello citoscheletrico è la CITOSI: tutto quello che entra

per citosi è dovuto al fatto che il citoscheletro cellulare si predispone ad

aiutare la membrana per far entrare molecole all’interno grazie a quel

meccanismo di invaginazione che può avvenire se e soltanto se il

citoscheletro è ben strutturato. Questo ci rimanda alla struttura del

macrofago, che se inattivo non ha un citoscheletro strutturato e non riuscirà

mai a fare citosi e quindi ad avere un meccanismo attivo affinché riesca ad

inglobare l’agente patogeno e a digerirlo. Il macrofago attivo invece, prevede

dei prolungamenti, (lo pseudopodo che nasce dalla strutturazione di filamenti

di actina) che garantiscono la citosi.

La citosi si suddivide in:

• Endocitosi: tutto quello che va dall’esterno all’interno;

• Esocitosi: quello che va dall’interno all’esterno.

I neuroni, ad esempio, comunicano tramite endocitosi perché, la sinapsi

terminale invia delle vescicole ricche di neurotrasmettori e grazie alle stesse

trasmette alla sinapsi successiva l’informazione che sta provenendo dal

sistema nervoso centrale e viceversa perchè anche per la efferente il

meccanismo è lo stesso.

Altro meccanismo di endocitosi lo abbiamo visto per gli spermatozoi che nel

momento in cui vanno in prossimità dell’ovocita, rilasciano degli ioni,

secondo meccanismo di endocitosi, per avvisare della loro presenza.

Del trasporto passivo fanno parte diffusione semplice e facilitata.

DIFFUSIONE SEMPLICE

Si determina a partire da un gradiente di concentrazione. Quella fickiana che

determina lo spostamento della sostanza a cavallo di una certa sezione

dipendentemente dal proprio coefficiente diffusivo e dalle caratteristiche

strutturali della membrana che deve attraversare. Bisogna specificare che il

coefficiente diffusivo di un oggetto che deve passare attraverso la membrana

plasmatica è un coefficiente di diffusione effettivo che tiene conto della

dimensione dei pori che creano permeabilità all’interno dello strato e dalla

concentrazione dei pori stessi.

I parametri di cui si tiene conto per la descrizione del trasporto per diffusione

semplice sono: la permeabilità (vista come resistenza elettrica) idrosolubilità

e coefficiente di diffusione. La permeabilità esplicata dal punto di vista

fickiano dal coefficiente di diffusione effettivo diventa fondamentale perchè è

una funzione del coefficiente di solubilità della sostanza, moltiplicato per il

coefficiente diffusivo diviso lo spazio che la sostanza deve percorrere per

andare da un punto all’altro.

P=k (D/ x)

∆

Dal grafico che rapporta la permabilità rispetto al loro coefficiente di idro e

liposolubilità vedo una retta che all’aumenta del coefficiente di permeabilità

determina un aumento della lipo-idro solubilità. Un esempio è l’etanolo che

ha una permeabilità elevatissima rispetto al glicerolo che invece ha un valore

basso di permeabilità.

Il trasporto passivo non vede un consumo energetico ma sicuramente tutte le

sostanze che passano all’interno della membrana, determinano un

destabilizzarsi di un equilibrio. Quella che varia è L’energia libera di Gibbs

definita come

G=RTln(c2/c1) =2.3 RTlog (c2/c1)

⬚

∆ ⬚

10

C2 è l’ambiente ricevente e C1 è l’ambiente esterno che sta dando.

Il G cambierà a seconda dello squilibrio che si viene a determinare.

∆

Quando siamo all’equilibrio è nullo.

Da un punto di vista dei parametri caratteristici, come qualunque processo

termodinamico che si rispetti, le costanti andiamo a considerare sono

Temperatura (Kelvin) e costante di Boltzmann R= (8.3x10^-3 kJ mol^-1xk-1)

DIFFUSIONE FACILITATA

Avviene per uno squilibrio di concentrazione, da una concentrazione più alta

a una più bassa, ma non è puramente passiva perchè necessita dell’aiuto di

qualche conformazione strutturale che cambia e fa passare le molecole. In

particolare, va a sfruttare o canali ionici o quelle che vengono dette proteine

di trasporto transmembrana dette CARRIER che si trovano a cavallo del

doppio strato fosfolipidico e favoriscono l’ingresso dell’oggetto che può

passare per diffusione passiva, senza attivare rilasci di ATP ma ha bisogno di

queste proteine. Il tipo di fenomeno che si stabilisce dal punto di vista delle

proteine carrier è un riconoscimento altamente selettivo siccome non tutte

le sostanze possono passare per diffusione facilitata. Bisogna stabilire

un’affinità tra la proteina carrier che deve trasportare e la molecola che deve

essere trasportata. Può però accadere che tutte le proteine carrier siano

occupate (saturazione proteica) e a quel punto bisogna attendere che il sito

di legame si liberi.

Dal punto di vista dell’energia libera di Gibbs, c’è una differenza tra

diffusione semplice facilitata. Il G associato alla diffusione semplice è più

∆

alto perchè la quantità di roba che riesce a passare per diffusione semplice è

tale da riuscire a creare uno squilibrio maggiore, perchè dobbiamo dare il

tempo alla sostanza di passare; la diffusione facilitata invece va a farci

guadagnare un termine di tempo perchè essendo aiutata da un trasportatore

quest’ultimo accelera il processo per cui C2 e C1 tornano ad essere uguali.

Quindi G associata alla diffusione facilitata è più basso perchè banalmente

∆

abbiamo un supporto della proteina carrier che selettivamente prende

l’elemento, lo riconosce e lo porta all’interno.

Un esempio di diffusione facilitata è proprio quella del trasporto del

glucosio. A darci l’informazione sulla condizione di saturazione dei siti di

legame è la Michaelis-Menten che regola il meccanismo di trasporto del

glucosio. Abbiamo a che fare con due substrati, uno è interno e uno esterno

che è il glucosio stesso che si attacca a quello interno. Possiamo osservare il

cambiamento conformazionale a cavallo della membrana stessa.

Vediamo gli step di reazione:

Nel momento in cui il glucosio entra nell’alloggiamento della proteina carrier,

pensata meccanicamente per avere lo spazio per far passare quella

sostanza, vi sarà una prima reazione che regola l’attacco. Quando il glucosio

entra nell’allogiamento, si chiude la pinza di sopra e si apre quella di sotto. Il

cambiamento conformazionale che vediamo è quello che consente l’apertura

delle strutture proteiche verso l’interno.

La Michaelis-Menten descrive come il glucosio diventa da substrato esterno a

uno interno.

La parte superiore di quella sorta di pinza si riapre, l’attività di legame si

spezza perchè non c’è più bisogno di tenerlo contenuto nella proteina carrier

e il glucosio viene fatto entrare nel citosol.

DIFFUSIONE FACILITATA CON SPECIE CARICHE

Differenti sono i trasporti di particelle cariche, perchè in tutti i meccanismi

che necessitano di uno scambio ionico abbiamo a che vedere non solo con

un loro trasferimento ma anche con una quota di potenziale che si sbilancia a

causa del movimento di cariche fintanto che non si arriverà a una condizione

di equilibrio quando il loro gradiente elettrochimico sarà nullo. A questo

punto si sarà stabilito un rapporto tra le concentrazioni di ioni esterne (c2) ed

interne (c1) definendo così un potenziale di membrana che si esprime grazie

all’equazione di Nernst.

Un esempio potrebbe essere il passaggio di ioni calcio, di potassio ecc.

Alla quota di energia libera di Gibbs che definisce il trasporto per

concentrazione, questa differenza di concentrazione viene compensata dalla

carica della sostanza che si sta spostando.

G=2.3RTlog ( c2/c1) +ZF V

⬚

∆ ⬚ ∆

10

Dove Z è il segno della carica che sta passando, F è la costante di Faraday, V il

potenziale elettrico (potenziale di membrana).

Quando G, dovuto solo a scompenso di concentrazione è nullo, allora

∆

l’unica differenza energetica che possiamo misurare a cavallo della

membrana è una differenza di potenziale che nel caso di una condizione di

equilibrio è sempre compresa tra –70 e –90 mV.

DOMANDA ESAME

Data una certa concentrazione di ioni + che deve passare dall’esterno

all’interno della membrana, determinare quanto cambia il potenziale di

membrana e quindi l’energia libera di Gibbs.

Il modo in cui si calcolo il V sbilanciato va a riprendere la definizione di

∆

potenziale come funzione di quanti ioni abbiamo. Z mi dice che se sta

passando carica positiva stiamo depolarizzando, se negativa stiamo

ripolarizzando. Tanto più sensibile la variazione di potenziale tanto più

cambia il gradiente di concentrazione. Si parla dunque di gradienti

elettrochimici perchè andiamo a modificare l’elettrochimica dell’ambiente

cellulare sia a cavallo della membrana che del citosol stesso.

ESERCIZIO

K+ è potassio.

Per trovare il potenziale di membrana utilizzo:

∆

Il V include sia scompenso di segno che di concentrazione.

Svolgendo i calcoli otteniamo circa –89mV.

Dal punto di vista circuitale un ambiente esterno positivo e uno interno negativo ricordano

un condensatore. In realtà parliamo di un parallelo che vede un condensatore

rappresentato dal doppio strato fosfolipidico con una resistenza meccanica deputata a

descrivere tutti quei componenti aggiuntivi che fanno resistenza quali ad esempio il

colesterolo e poi un generatore che è un componente, che assicura di mantenere Il

potenziale tipico di –70mV della membrana.

TRASPORTO ATTIVO

Durante il trasporto attivo di una specie ci troviamo in una condizione di

trasporto contro gradiente elettrochimico e per trasportare la molecola è<