Appunti di fisiologia cellulare: trasporti transmembrana

TRASPORTO ATTIVO SECONDARIO (INDIRETTO)

Caratteristiche generali:

- sono tutti trasporti mediati accoppiati ( simporti o antiporti)

–la proteina trasportatrice funge solo da carrier, non ha attività ATPasica

-utilizza come fonte di energia il gradiente elettrochimico di uno ione (ione motore) per

il quale è stato creato un gradiente da un trasporto attivo primario

-ione motore + particella da trasportare = trasporto accoppiato.

-la proteina trasportatrice ha siti di legame per lo ione motore e per la particella da

trasportare

-ioni motori più comuni sono H+ e Na+

-viene bloccato dal compromesso metabolismo cellulare; se la cellula non produce ATP

non funzionano i trasporti attivi primari e di conseguenza nemmeno i secondari.

Trasporto Na+/glucosio

Questo tipo di trasporto è tipico delle cellule che fanno parte degli epiteli assorbenti

localizzato nella membrana luminale ( SGLT = trasportatore glucosio-sodio dipendente

con 14 alfa-eliche transmembrana). La proteina trasportatrice possiede siti di legame per

il sodio e per il glucosio.

Mutazioni puntiformi di questo carrier causano una malattia che impedisce

l'assorbimento intestinale di glucosio e galattosio. Il legame col sodio rende affini al

glucosio i siti di legame del carrier, ciò innesca il simporto.

Altri esempi di trasporti attivi secondari Na+ -dipendenti (ione motore Na+)

-Simporto Na+/amminoacidi ( stesso funzionamento di Na+/glucosio)

-Antiporto Na+/H+: opera nella regolazione del pH intracellulare, attivo a livello della

membrana luminale dell'epitelio dei tubuli renali e a livello intestinale; Na+ entra e H+

esce

-Antiporto Na+/Ca2+: contribuisce a mantenere bassa la concentrazione di calcio

intracellulare, 3 ioni sodio entrano per ogni ione calcio che esce; può invertire la sua

direzione e quindi far entrare il calcio, se la concentrazione di sodio all'interno della

cellula aumenta; dipende dall'attività della pompa Na+/K+.

-Simporto Na+/I- (NIS): presente nella membrana basolaterale dei tireociti (cellule

follicolari della tiroide) , il sodio entra insieme allo ioduro (simporto).

-Simporto Na+ CL- / neurotrasmettitori (NSS): reuptake neurotrasmettitori dalla

fessura sinaptica ( questo simporto è spesso bersaglio di farmaci

antidepressivi,antiepilettici )

Trasporti attivi secondari non Na+ dipendenti (Na+ non è lo ione motore)

-Simporto K+/CL- (KCC2): responsabile nei neuroni motori di determinare l'alta

concentrazione extracellulare di Cl- . K+ e Cl- escono dalla cellula.

-Antiporto H+ / neurotrasmettitori: attivo nel caricare i neurotrasmettitori nelle

vescicole sinaptiche. Lo ione motore è H+. Le cellule che posseggono questo antiporto

presentano un trasporto attivo primario , la pompa H+ della classe V, che crea il

gradiente per lo scambio H+ / neurotrasmettitore. L' H+ sarà più concentrato all'interno,

quindi esce per far entrare un neurotrasmettitore ed ultimare il trasporto attivo

secondario.

-Simporto H+/ amminoacidi: questo trasporto è presente a livello della membrana

lisosomiale ed è attivo nel riciclaggio degli amminoacidi. Gli a.a. che derivano dall'idrolisi

acida delle proteine, vengono trasportati all'esterno. Il pH acido per favorire l'idrolisi è

mantenuto da una pompa protonica della classe V.

-Simporto H+/di-tripeptidi : presente insieme con l'antiporto Na+/H+ nella

membrana luminale degli enterociti. Questo simporto dipende dal trasporto attivo

secondario Na+/H+ che a sua volta dipende dal trasporto attivo primario Na+/K+.

Scambiatore anionico HCO3-/ CL-

Si tratta di un particolare tipo di trasporto attivo secondario. Questo scambiatore fa

parte di una famiglia di carrier per soluti che non è ben collocabile come tipo di

attività. È un antiporto il cui verso cambia a seconda della sede e quindi delle

concentrazioni intra- ed extracellulari dei due ioni. È situato in diversi distretti. A livello

degli eritrociti la sua presenza è importante per il trasporto dell'anidride carbonica nel

sangue. La Co2 è comunque in grado di uscire dalle cellule per diffusione semplice o

attraverso le acquaporine.

A livello del sangue la Co2 ha 3 modalità di trasporto. Una piccola quantità è in

forma disciolta o legata all'emoglobina. La maggior parte è trasportata come ione

bicarbonato. La Co2 prodotta dai tessuti in attività viene rilasciata nel plasma

sanguigno ed entra nell'eritrocita dove viene convertita in bicarbonato ad opera

dell'enzima anidrasi carbonica. Il bicarbonato passa a sua volta nel plasma sanguigno

attraverso la proteina di membrana "scambiatore cloruro-bicarbonato" per essere

trasportato ai polmoni. Nei polmoni l'HCO3- rientra nell'eritrocita (sempre attraverso lo

scambiatore cloruro-bicarbonato) e viene convertito in CO2, che viene poi espirata.

Nei capillari sistemici, dove è alta la pCO2, l’anidride carbonica (negli eritrociti) reagisce

con l’acqua, in una reazione catalizzata dall’anidrasi carbonica, formando acido carbonico

(H2CO3). Questo composto si dissocia perdendo un protone e trasformandosi in ione

bicarbonato (HCO3-) che è trasportato all’esterno dell’eritrocita in cambio di 1 Cl- che

entra. Nei capillari polmonari, dove la pCO2 è bassa, HCO3- entra nell’eritrocita in

scambio con Cl- che, in questo caso, esce. HCO3- acquisisce un protone ritrasformandosi

in acido carbonico che si dissocia in CO2 e acqua.

TRASPORTO TRANSEPITELIALE

Gli epiteli di trasposto sono epiteli specializzati nell'assorbimento e nel

riassorbimento. Questi epiteli sono formati da strati di cellule colonnari o cuboidali

che poggiano su una lamina basale di filamenti proteici e glicoproteine.

Il trasporto transepiteliale può avvenire mediante 2 vie:

-paracellulare, cioè mediante lo spazio tra cellule (esistono giunzioni occludenti che

però consentono un certo passaggio; esse possono essere completamente rimosse

attraverso determinati stimoli -> ciò può determinare malattie come la celiachia)

-transcellulare, cioè mediante la membrana luminale e quella basolaterale, quindi

attraverso la cellula.

Trasporto transepiteliale del glucosio (via transcellulare)

Il glucosio è assorbito da epiteli a livello dell'intestino e riassorbito da epiteli a livello dei

tubuli renali.

Nella membrana luminale è localizzato il trasporto attivo secondario Na+/glucosio ;

questo simporto permette a sodio e glucosio di entrare nella cellula. Il trasporto

secondario Na+ dipendente è mantenuto grazie alla pompa Na+/K+ che espelle tre di

sodio nel versante basolaterale (creazione gradiente, esce sodio tramite Na+/K+ e

possono entrare Na+ e glucosio tramite Na+/glucosio). Il glucosio inizialmente è più

concentrato fuori e viene fatto entrare nelle cellule fino a saturazione. Il glucosio è

portato fuori tramite il GLUT2 (diffusione facilitata) che si trova a livello della membrana

basolaterale (quella più vicina ai capillari sanguigni). Il GLUT2 ha una bassa affinità per il

glucosio, e quindi solo grazie al gradiente creato precedentemente esso riesce a

espellere suddetta molecola che poi raggiungerà il sangue.

Trasporto transepiteliale dell'acqua

Molti epiteli sono in grado di assorbire l'acqua ( stomaco, cistifellea,intestino, tubuli

renali). In alcuni distretti l'acqua passa apparentemente in assenza o addirittura contro

gradiente osmotico (il gradiente in realtà è nello spazio intercellulare).

Teoria di Curran dei 3 compartimenti, “ipotesi del gradiente stazionario per il

trasporto di acqua accoppiato a quello dei soluti”.

Primo compartimento:citoplasma (intracellulare).

Secondo compartimento: si forma tra le giunzioni cellulari (intercellulare).

Terzo compartimento: spazio extracellulare al di sotto della lamina basale degli

epiteli.

Bisogna prestare particolare attenzione al compartimento intercellulare perché in

questo spazio si trovano i soluti pompati dai trasporti attivi primari (alta osmolarità).

Infatti a livello della membrana basolaterale sono presenti trasporti attivi primari che

trasportano soluti in questo compartimento (pompa Na+/K+). Ad esempio il sodio è ad

alta concentrazione nello spazio intercellulare e porta con sé il cloro che può rientrare dal

versante basolaterale ,mentre il sodio non può perché non vi sono canali adatti; quindi si

crea un gradiente osmotico stazionario che è alto rispetto al compartimento

intracellulare (il gradiente è stazionario perché le pompe ioniche sono sempre attive).

Questo gradiente (intercellulare) richiama dal citoplasma l'acqua, che passa attraverso le

acquaporine. L'arrivo dell'acqua nel compartimento intercellulare causa un aumento della

pressione idrostatica rispetto allo spazio extracellulare , e per questa differenza sia

acqua che soluti (flusso di massa) vengono spinti per effetto idraulico verso l'esterno.

Trasporto transepiteliale per secrezione di HCL

L'HCl è prodotto a livello della mucosa gastrica dalle ghiandole tubulari semplici ,

composte da cellule ossintiche e parietali. Queste cellule secernono l'acido grazie a :

il trasportatore sulla membrana luminale che crea un gradiente, la pompa Na+/K+, il

trasporto attivo secondario sulla membrana basolaterale Na+/CL- , lo scambiatore

anionico bicarbonato/Cl-, e le pompe H+/K+ . Quando è richiesta la produzione di

HCL il numero di questi trasportatori aumenta.

TRASPORTI DI MASSA

In questo tipi di trasporti le particelle coinvolte hanno grandi dimensioni

(macromolecole ), interessamento della membrana.

Meccanismi principali

-Endocitosi: le cellule assumono macromolecole o grosse particelle attraverso la

formazione di vescicole dalla membrana plasmatica (che si staccano per portare le

particelle nel citoplasma).

-Esocitosi: le cellule espellono macromolecole e grosse particelle attraverso la

→

formazione di vescicole dalle membrane intracellulari (citosoliche) successiva loro

fusione con la membrana plasmatica.

Questi due processi devono essere bilanciati, altrimenti ci sarebbe una variazione della

superficie cellulare.

ENDOCITOSI

Questo processo gioca un ruolo chiave nell'omeostasi cellulare e nella comunicazione

intercellulare (signaling)

Attraverso l'endocitosi le cellule:

-internalizzano componenti proteici e lipidici della membrana plasmatica

-internalizzano nutrienti extracellulari

-down-regolano i recettori di membrana coinvolti nel signaling (tramite la down-

regolation una cellula riduce la quantità di una componente cellulare , in questo caso i

recettori di membrana)

-mantengono la polarità cellulare

L'endocitosi è inoltre un processo utilizzato da agenti patogeni per guadagnare

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