Appunti biochimica

Trasportatori di membrana

Membrana è ambiente polare, quindi non possono passare ioni o molecole polari. Per oltrepassare ambiente comunque ostile, persa anche acqua => muro energetico superato per le interazioni soluto-trasportatore e per la formazione di un poro apolare.

Differenza tra canali (per gli ioni, velocità analoga a quella di diffusione, non saturabili, meno stereospecifici e meccanismo a porta) e trasportatori (per molecole anche complesse, velocità minore e possibile saturare il complesso, maggior stereospecificità e meccanismo a doppia porta, con 2 modificazioni conformazionali).

Per quanto riguarda i canali ionici, questi possono essere attivati dal legame con un ligando (come quelli cationici attivati da acetilcolina o anionici attivati da GABA) o possono essere voltaggio-dipendenti. Per quanto riguarda il meccanismo d'azione dei voltaggio dipendenti, questo è strettamente legato alla conformazione del canale. Prendiamo ad esempio...

Il canale per il potassio. Questo ha una conformazione a cono, costituito da 4 subunità, ognuna delle quali presenta 2 alfa eliche, di cui la più interna costituisce il filtro, e 3 corte eliche che vanno a formare il polo. L'entrata dello ione è favorita dalla presenza all'ingresso del canale di residui con carica negativa e di brevipoli orientati con l'anione verso il punto di passaggio del potassio, per stabilità. Lo ione, poiché il canale si restringe, perde l'acqua di idratazione e forma invece ponti H con gli ossigeni che formano lo scheletro carbonilico delle proteine. Vi sono 4 posizioni possibili per gli ioni, che si dispongono in fila, e vi è un salto dalle posizioni 1-2 alle 3-4. Il passaggio di Na+ è scongiurato dal fatto che in quel caso, nel tentativo di stabilire interazioni con un atomo troppo piccolo, il canale collasserebbe. Poiché il flusso degli ioni è costante, il grafico energetico non

presenta picchi e valli. Per quanto riguarda l'apertura del canale, non vi sono certezza, ma si sono definiti 2 modelli: secondo il MODELLO DI CAMBIO DEL POTENZIALE, questo provocerebbe una repulsione elettrostatica tra le cariche - interne e le + dell'alfa elica provocando un cambio conformazionale. Secondo invece il MODELLO PALLA E CATENA, l'elica aperta per repulsione sarebbe legata ad un dominio globulare proteico che subito dopo l'apertura, per una elevata affinità, chiuderebbe il canale.

Per quanto riguarda invece i trasportatori, il trasporto si divide in passivo (se è seguito in gradiente di concentrazione o il gradiente elettrico senza consumo di energia) e attivo, se invece il trasporto contro il gradiente elettrochimico è svolto affiancato da una reazione altamente esoergonica. Il trasporto attivo è primario se l'energia è ricavata direttamente dall'idrolisi di ATP, è secondario se il trasporto contro il gradiente elettrochimico è svolto affiancato da una reazione altamente esoergonica.

Il gradiente è affiancato da un ritorno pro-gradiente di un'altra molecola, che va a ristabilire un equilibrio che era stato rotto grazie ad un precedente trasporto attivo primario. Esempi di trasporto passivo sono i trasportatori GLUT e lo scambiatore cloruro-bicarbonato.

Vi sono 12 tipologie di scambiatori di glucosio, con diverse specificità. Per esempio il Glut2 epatico ha una Kt molto elevata che permette un ingresso di molecole proporzionale alla glicemia, mentre il Glut4 dei miociti è esposto solo a seguito di un segnale insulinico. Per quanto riguarda la struttura 3D, si prende ad esempio il Glut1 dell'enterocita. Questo presenta 12 alfa eliche, ognuna delle quali ha residui polari su un lato e apolari sull'altro. Così facendo, disponendo i residui polari uno di fronte all'altro si crea un canale, mentre gli apolari interagiscono con i lipidi di membrana. Il trasporto avviene grazie ad una interconversione tra la forma T1 e T2 del Glut.

Lo scambiatore cloruro-bicarbonato è fondamentale per il trasporto della CO2 dalla periferia ai polmoni. L'anidride infatti, non essendo particolarmente polare, non è molto idrosolubile. A livello periferico allora entra dell'eritrocita dove, grazie ad una anidrasi, è convertita in ione bicarbonato. Questo esce secondo un gradiente di concentrazione e, per mantenere inalterate le cariche, entra un Cl-. Al contrario, a livello polmonare, la concentrazione all'interno della cellula diminuisce, così che il bicarbonato rientri e sia riconvertito in CO2 perché questa venga espulsa.

Per quanto riguarda i trasportatori attivi primari, questi associano un passaggio di soluto contro il gradiente elettrico (azione endorgonica) direttamente con la reazione esoergonica di idrolisi della ATP. Ne sono un esempio le ATPasi e i trasportatori ABCA. Le ATPasi di tipo P hanno una struttura tridimensionale comune costituita da 4 domini: un dominio M

transmembrana (6 eliche per il trasporto + 4 di supporto), undominio N dove viene legato il nucleotide da idrolizzare, il dominio P, che presenta ilresiduo di aspartato che verrà fosforilato, ed il dominio A che possiede una attività catalitica di fosforilasi e al tempo stesso trasmette il cambiamento conformazionale dal dominio P al M. Prendendo ad esempio la pompa SERCA (che garantisce una concentrazione di calcio citoplasmatica bassa), il calcio entra nel trasportatore dalla parte citoplasmatica, l'idrolisi di ATP fa cambiare la conformazione dell'ATP asifacendola chiudere dalla parte citoplasmatica ed aprirla verso il ER, dove il calcio viene riversato. L'idrolisi di ATP consente al trasportatore di tornare nelle condizioni originarie. Nel caso invece della pompa sodio/potassio, la prima modificazione conformazionale che permette il passaggio di 3 Na+ fa sì che aumenti l'affinità a livello citoplasmatico di 2 K+, che vengono rilasciati.

Nello spazio periplasmatico grazia alla seconda modificazione. Questa permette che si venga a creare una differenza di potenziale intermembrana di circa -60mV, fondamentale per garantire il funzionamento dei trasporti attivi secondari. Valinomicina e monensina sono ionofori antibiotici proprio perché tendono ad eliminare il gradiente elettrico venutosi a creare tra i due ambienti. Sono ATPasi di tipo P anche le flippasi, che trasportano fosfatidilserina e fosfatidiletanoammina dalla faccia esterna a quella interna della membrana.

Le ATPasi di tipo F idrolizzano ATP per permettere un passaggio contro gradiente di protoni. Essendo un meccanismo reversibile, in presenza di un gradiente protonico molto consistente, le stesse possono lavorare sfruttando il flusso spontaneo di protoni per sintetizzare ATP. Le ATPasi che si trovano sulla membrana mitocondriale interna sono quindi ATP sintetasi, fondamentali per la portata a termine della fosforilazione ossidativa.

I trasportatori legati a

“cassette” di atp, cioè i trasportatori ABC, idrolizzano 2molecole di ATP, che legano grazie a 2 domini globulari citoplasmatici, per consentireil passaggio dei soluti. Il passaggio è garantito da 2 domini intermembrana, ognunodei quali presenta 6 alfa eliche. Quando l’ATP è legata, il trasportatore è chiuso dallato citoplasmatico, mentre l’idrolisi del nucleotide favorisce il distacco dei due dominiglobulari aprendo l’estremità citoplasmatica del passaggio. Sono trasportatori ABC lefloppasi, che trasportano i fosfolipidi dalla faccia interna alla esterna della membrana,gli esportatori del colesterolo e i trasportatori multifarmaco, importanti perchè, oltre aproteggere i tessuti neurologici da possibili sostanze tossiche, conferisconoall’organismo capacità di resistere ai farmaci e quindi possono rendere inutili ancheterapie chemioterapiche. I canali per la regolazione della transduttanzatransmembrana