Biologia cellulare - funzioni membrana plasmatica

FACILITATO

Il filtro passivo è utile per tutte quelle molecole che non riescono a passare attraverso la membrana nonostante ci sia

DIFFUSIONE FACILITATA

un gradiente: per questo motivo questo trasporto non riede energia ma ha bisogno di facilitazioni. La

CARRIER CANALI IONICI:

(o filtro passivo facilitato) è basata su proteine transmembrana che sono i e i I primi agiscono secondo

il meccanismo del cambio conformazionale, cioè legano la molecola da trasportare, cambiano la loro conformazione e la riversano

all’interno. Attraverso i carrier passano tutte quelle molecole non liposolubili come il glucosio. Il canale ionico invece è un canale

ad altissima selettività che permette il passaggio di piccole molecole ioniche. La selettività è fornita dai domini esposti lungo il

passaggio dello ione che permettono di far passare solo lo ione richiesto, tutti gli altri verranno ugualmente legati dai domini, ma

rispediti indietro a causa delle forze di repulsione ionica.

Inoltre l’apertura e la chiusura dei canali ionici può essere regolata tramite controllo:

da ligando: quando il canale si chiude in seguito al legame con una determinata sostanza: per esempio alcuni ormoni

­ hanno la capacità di chiudere o aprire i canali ionici

da fosforilazione: quando l’aggiunta di un gruppo fosfato da parte di un enzima chiamato CHINASI apre o chiude il canale

­ da potenziale: quando un impulso elettrico scaricato sulla membrana apre o chiude i canali

­ da temperatura: in particolari casi, alcuni canali raggiunta una certa temperatura si aprono o si chiudono

­ meccanico: prevede che i canali si aprano e si chiudano grazie a dei gruppi presenti all’interno del canale stesso che

­ vanno ad occludere il passaggio

L’acqua ha una sua proteina canale, chiamata ACQUAPORINA. Non esistono ne carrier ne canali ionici per la diffusione facilitata

dei lipidi, questo perché essendo molto lipofili possono attraversare facilmente le membrane.

Il vantaggio di avere proteine come i carrier per molecole non liposolubili come il glucosio è evidente, ovvero si aumenta in modo

esponenziale la velocità di trasporto, anche se però questo aumento non è infinito: infatti quando la concentrazione di glucosio

diventa elevata il carrier si “affatica” e raggiunge il suo limite, questo perchè anche il numero di carrier non è infinito. Per questa

ragione, una volta che tutti i carrier sono impegnati nel trasportare il glucosio, ovvero quando il sistema è SATURO, c’è da

attendere un po di tempo prima che tutto il glucosio sia trasportato.

TRASPORTO ATTIVO

Il è basato sul principio del trasporto contro gradiente. Esistono quindi delle proteine chiamate POMPE che

riescono a trasportare una molecola contro il gradiente spendendo energia, ovvero ATP.

PRIMARIO SECONDARIO

La differenza tra trasporto attivo e è:

Nel PRIMARIO una molecola viene fatta passare attraverso la membrana spendendo energia

­ Nel SECONDARIO invece una molecola viene trasportata all’esterno creando un gradiente, spendendo sempre energia, e

­ poi grazie a questo gradiente rientra nella cellula, ma nello stesso tempo entra anche un’altra molecola

POMPE:

Nel PRIMARIO in particolare troviamo le

POMPE P: Il primo tipo di pompa utilizza molecole regolatrici come per esempio calmodulina legata al calcio, e una

­ molecola di fosforo presa dall’ATP per trasportare all’interno molecole abbastanza grosse. Si tratta appunto delle pompe

di tipo P e trasportano ioni

POMPE V: Esistono poi delle pompe che utilizzano solo il gruppo fosfato preso dall’ATP ma per trasportare solo ioni

­ piccoli, quali gli ioni H, e così facendo acidificano il citoplasma. Sono appunto le pompe di tipo V che trasportano solo ioni

H* e si trovano sulla membrana lisosomiale

POMPE F: Sono pompe molto particolari perché sfruttando il ritorno nella cellula del mitocondrio di ioni H+ per gradiente

­ creano energia anziché sfruttarla e formano molecole di ATP da ADP + un gruppo fosfato. Di queste pompe l’ ATP

SINTETASI ne è il principale esempio

TRASPORTATORI ABC,

Esistono poi dei trasportatori più grossi, il cui nome sta per ATP binding cassette, cioè trasportatori a

cassetta legante l’ATP. Questo perché la molecola del trasportatore ABC presenta un dominio enorme a parte solo per il legame e

MDR

l’idrolisi dell’ ATP. Questi trasportatori sono capaci di trasportare molecole molto grosse: tra questi spicca l’ il multidrug­

resistance, che è una proteina trasportatrice ABC la cui capacità principale è trasportare farmaci all’esterno della membrana. L’

MDR è una proteina molto importante per le terapie antitumorali in quanto molte cellule tumorali sono capaci di sviluppare una

pompa multidrug­resistance molto attiva. Na+/K+ ATPasi

Un esempio di trasporto attivo primario è la POMPA che si comporta da ANTIPORTO infatti, permette di

+ +

trasportare contro gradiente di concentrazione tre ioni di Na verso l'ambiente extracellulare e due ioni di K verso l'ambiente

+

intracellulare sfruttando l'energia derivante dall'idrolisi dell' ATP. All'inizio del processo di trasporto tre ioni di Na vanno a legarsi ai

siti specifici ad alta affinità della proteina veicolo rivolti verso l'interno della cellula. Questo legame stimola

la fosforilazione dipendente dall'ATP della pompa determinando un cambio conformazionale della proteina veicolo, la quale

+

esporrà i siti di legame per gli ioni Na verso l'ambiente extracellulare, abbassando così la propria affinità per questi ioni cosicché

essi vengano rilasciati al di fuori della cellula. + +

Contemporaneamente alla fuoriuscita degli ioni Na , due ioni K vanno a legarsi ai siti specifici esposti verso l'ambiente

extracellulare stimolando la defosforilazione della proteina, la quale tornerà al suo stato conformazionale di partenza e rilascerà

questi ioni all'interno della cellula. Una volta completata l'operazione, la proteina sarà pronta a ripetere il ciclo.

Nel trasporto ATTIVO SECONDARIO se una molecola deve essere trasportata all’interno, l’energia non viene spesa per

trasportarla direttamente ma per creare un gradiente che permetterà a questa molecola di entrare. I tipi di trasporto attivo

secondario sono:

UNIPORTO: basato sulla creazione di un gradiente per far entrare all’interno una grossa molecola. Una volta creato il

­ gradiente, la molecola entra nella cellula in modo passivo, quasi come un carrier

SIMPORTO: una molecola x non può entrare nella cellula a causa del gradiente. Allora viene creato un gradiente con

­ un’altra molecola y, che poi tenderà a rientrare, facendo entrare anche la molecola x. Quindi si associa un trasporto

secondo gradiente ad uno contro gradiente. Questo grazie a delle proteine particolari che presentano due siti attivi uno

per la molecola che deve entrare secondo gradiente e uno per la molecola che deve entrare contro gradiente

ANTIPORTO: per far uscire una molecola x che non potrebbe uscire dalla cellula per gradiente, viene portata fuori

­ un’altra molecola y per creare un gradiente opposto che permetta la contemporanea entrata della molecola y e l’uscita

della molecola x. Questo avviene grazie a proteine che contengo due siti attivi, uno per la molecola che deve uscire e uno

per la molecola che deve entrare

Un esempio è dato dal trasporto del GLUCOSIO. L’assorbimento del glucosio dal lume intestinale avviene grazie ad un

trasportatore che effettua un SIMPORTO tra SODIO E GLUCOSIO. Bisogna ricordare che la cellula del lume intestinale, l’

enterocita, trasporta continuamente all’esterno nell’ambiente extracellulare degli ioni sodio per poter generare un gradiente tale da

cotrasportare il sodio e il glucosio dal lume intestinale.

ESOCITOSI:

Abbiano 2 tipi di

Costitutiva o continua, in cui non c’è accumulo di vescicole, in quanto appunto è un processo che avviene continuamente

­ Regolata, in cui c’è un accumulo di vescicole che aspettano un segnale, come per esempio l’incremento del calcio nella

­ cellula, per poter essere esocitate

ENDOCITOSI:

Abbiamo invece 3 tipi di

FAGOCITOSI: la cellula ingerisce materiale estraneo formando un FAGOSOMA. Questo poi andrà a fondersi con i

­ lisosomi, andando a formare un LISOSOMA SECONDARIO, e verrà distrutto dall’attività enzimatica. Poi questo lisosoma

secondario potrà o rimanere all’interno della cellula, o espellere all’esterno i materiali digeriti

PINOCITOSI: la cellula endocita piccole vescicole ricche di liquido proveniente dalla matrice extracellulare con la funzione

­ importante, oltre di catturare liquidi dall’esterno, di riciclare membrana. Infatti con l’esocitosi la membrana tende ad

espandersi, mentre invece con la pinocitosi si evita questa eccessiva espansione

ENDOCITOSI MEDIATA DA RECETTORI: Questo tipo di endocitosi è molto selettiva, infatti la cellula endociterà

­

solamente le molecole che si legheranno ai recettori presenti sulla membrana. Il legame del ligando con questi recettori

determinerà l’aggancio della CLATRINA attraverso una proteina intermedia, l’ADATTINA, che si va a posizionare fra la clatrina

e i recettori. La clatrina ha una struttura chiamata TRISKELION, a tre bracci, che è capace, tramite l’intreccio di più clatrine, di

formare strutture geometriche esagonali disposte in modo tale da formare una gabbia sferica. Successivamente interviene la

DINAMINA che taglia e stacca la vescicola neoformata dalla membrana, a questo punto la clatrina si distacca. La vescicola

ora però al suo interno contiene ancora i recettori con i ligandi attaccati, per questo si fonde all’ endosoma. Questo ha un PH

leggermente acido, il che permette il distacco del ligando dal recettore. A questo punto per gemmazione si forma una

vescicola con la sostanza endocitata e una contenente i recettori: quest’ultima sarà rimandata alla membrana per riciclare i

recettori, le vescicole fagocitate invece si fondono al lisosoma e poi, come nella fagocitosi, la vescicola può o rimanere nel

citoplasma o espellere all’esterno il suo contenuto.

Inoltre troviamo l’endocitosi mediata da CAVEOLINA, in cui non intervengono recettori. La caveolina è una molecola filamentosa

che si inserisce nella membrana in corrispondenza dei raft lipidici, provocandone un’invaginazione. Le varie molecole di caveolina

poi quando ricevono un impulso, un segnale dalla cellula stessa, formano una vescicola che ingloba le molecole da endocitare al

suo interno. Successivamente la dineina taglia e separa la vescicola dalla membrana, e questa si va a fondere con i caveosomi.

Da qui queste molecole non verranno digerite ma verranno smistate nel c