Biologia e genetica

TRASPORTO ATTIVO

Trasporto attivo primario: utilizza direttamente l'energia che deriva dal legame fosfato all'ATP.

Pompe ATP-asiche: si distinguono diversi tipi:

• Classe P: è la più semplice ed è caratterizzata da una subunità alfa che consente il transito utilizzando ATP e una subunità beta di tipo regolatorio; trasporta ioni H+, sodio, potassio e calcio; queste pompe sono presenti a livello della membrana plasmatica, nella parte apicale delle cellule dello stomaco e a livello del REL.
• Classe F e V: implicate nel trasporto di ioni H+
• Pompe classe F: sintetizzano ATP (pompe ATP-asiche inverse); sono presenti sulla membrana mitocondriale interna per la catena di trasporto di elettroni della respirazione cellulare.
• Pompe classe V: serve in tutti gli organelli che necessitano un abbassamento del pH come i lisosomi; sono coinvolte nel traffiking cellulare, nel co-trasporto di ioni cloro (nello stomaco per la produzione di HCl).

Classe ABC (ATP binding cassette transporter): pompe importanti sul RE e sulla membrana plasmatica, identificate anche nei batteri (garantiscono la sopravvivenza davanti ad agenti esterni – pericolose per l'uomo); presentano 12 domini transmembrana e a livello citosolico 2 siti binding l'ATP; (nelle cellule epatiche secernono sali biliari, lipidi, trasportano sostanze fuori dell'epatocita) Fibrosi ▪ Se la sostanza è lipofilica o parzialmente lipofilica: funziona come una flippasi consentendo lo scambio del foglietto interno con quello esterno ▪ Se la sostanza non è in grado di interagire con la membrana: funziona come una vera pompa ATP-asica Trasporto attivo secondario: utilizza l'energia di un gradiente di concentrazione che è stato precedentemente creato da un trasporto attivo primario Pompa calcio Ca ATPasi: adibita al trasporto del Ca dal citosol al REL o dal citosol all'esterno; sfrutta ATP in quanto nelcitosol la concentrazione è bassa mentre nel REL e all'esterno è alta; la pompa presenta un'unica catena polipeptidica con 10 domini transmembrana, due siti ad alta affinità rivolti verso il citosol che riescono a legare lo ione anche a basse concentrazioni, un sito binding per l'ATP¹.
Legame degli ioni calcio ai siti ad alta affinità e fosforilazione della pompa tramite ATP². Cambio conformazionale della pompa che consente il passaggio dei due ioni e cambia anche l'affinità dei siti divenendo minore³. Distacco del fosfato attaccato nella porzione intracitosolica e cambio conformazionale che fa tornare i siti ad alta affinità.
Pompa Na/K: sposta 3 ioni sodio e 2 ioni potassio entrambi contro gradiente; lo scopo è mantenere il potenziale di membrana; in stato di riposo i due siti (sito per il sodio per il trasporto verso l'esterno) sono ad alta affinità vista la bassa concentrazione dello

La pompa sodio-potassio è una pompa di membrana che trasporta attivamente ioni sodio (Na+) e potassio (K+) attraverso la membrana cellulare. Il suo funzionamento avviene in quattro fasi:

1. Legame dei 3 ioni sodio ai siti intracitosolici specifici ad alta affinità, mentre i siti potassio rimangono liberi.
2. Fosforilazione del complesso tramite ATP e cambio conformazionale.
3. I siti sodio sporgono verso l'esterno della cellula per rilasciare gli ioni sodio e legare gli ioni potassio; quindi i siti sodio diventano a bassa affinità mentre i siti potassio ad alta affinità.
4. Idrolisi del gruppo fosfato produce un nuovo cambio conformazionale e ritorno delle condizioni di partenza dove i siti potassio tornano a bassa affinità rilasciando gli ioni.

La pompa CFTR è una pompa ABC che trasporta il cloro (Cl-) dall'interno all'esterno ed è situata nell'epitelio respiratorio, nell'intestino, ecc.

nelleghiandole esocrine, nel dotto biliare, nell'epididimo; se è mutata causa fibrosi cistica; presenta la struttura classica di pompa ABC e inpiù presenta un dominio regolatore R che viene fosforilato da una PKA (con l'aumento del cAMP si ha l'attivazione della PKA chefosforila R, questo comporta l'attacco dell'ATP al sito binding); l'informazione genica per questa proteina si trova sul braccio lungo delcromosoma 7o Se CFTR funziona lo ione cloro esce dalla cellula come controione per bilanciare l'equilibrio delle criche del sodio; in risposta aquesto aumento di NaCl all'esterno per mantenere costante la pressione osmotica l'acqua passa per via paracellulare e lesecrezioni sono normalmente fluideo Se CFTR non funziona si avrà un addensamento delle secrezioni bronchiali a causa della mancanza di acqua e gli epiteli ciliati nonsaranno in grado di spostarle generando ristagno di muco; questa situazione èfavorevole allo sviluppo di infezioni polmonari

• Clinical trial: per sviluppare un farmaco o una terapia si deve seguire una seria di passaggi
1. Preclinico: esperimenti in laboratorio su linee cellulari ed in seguito su animali dove si valuta la tossicità e l'efficacia del farmaco
2. Fase 1: somministrazione a volontari sani
3. Fase 2: espansione massiva della casistica di studio
4. Fase 3: analisi della casistica per un periodo di tempo molto lungo
• Trasportatore di glucosio GLUT1: mostra un sito specifico verso l'esterno della cellula dove si lega al glucosio, questo causa un cambio conformazionale con transito della sostanza e rilascio nella cellula; la molecola di glucosio adesso si sposta secondo gradiente; quando il glucosio deve passare contro gradiente agiscono dei symporter-glucosio che hanno un sito binding per il glucosio e uno per il sodio entrambi all'esterno, con il legame e il cambio conformazionale si rilasciano sodio e glucosio nella cellula

cellulao Enterociti: presentano un simporto-glucosio sulla superficie apicale che permette l'ingresso di sodio e glucosio; a questo punto il glucosio deve passare nel lume dei vasi e ciò avviene grazie a un trasportatore situato nella porzione baso-laterale degli enterociti; il sodio esce tramite la pompa sodio-potassio

• Trasporto nelle cellule parietali dello stomaco: per evitare l'autodigestione è necessario che gli ioni H+ e Cl- trasnitino in maniera indipendente all'interno delle cellule parietali; il trasportatore H+/K+ pompa gli ioni H+ nel lume gastrico e contemporaneamente immette K+ nella cellula; questo K+ tramite il K+ channel protein viene fatto ricircolare; nel frattempo l'antiporter che veicola all'esterno della cellula HCO3 (prodotto della reazione che porta all'H+) e trasporta Cl- all'interno della cellula; questo tramite il Cl-channel protein passa nel lume gastrico e si forma HCl

• Trasporto neglieritrociti: richiede acqueporine, trasportatori glucosio, pompe sodio-potassio COMUNICAZIONE CELLULARE: TRASDUZIONE DEL SEGNALE

• Comunicazione cellulare: capacità delle cellule di trasformare un’interazione recettore-ligando in una modifica funzionale, grazie all’attivazione di enzimi e secondi messaggeri
• Secondi messaggeri: molecole piccole che trasferiscono il segnale agendo su proteine o recettori; essi sono cAMP, cGMP, DAG, IP3; sfruttano le gap juction per transitare da una cellula all’altra
• Trasduzione del segnale: agisce sulle proteine già presenti che devono essere attivate/disattivate, agisce sulla trascrizione inducendo la produzione di proteine normalmente non prodotte, agisce sulle proteine del citoscheletro con conseguenti cambiamenti nella struttura della cellula
• Circuito a feedback negativo: il prodotto finale blocca la via
• Circuito a feedback positivo: il prodotto finale potenzia l’effetto del circuito

Meccanismo di

segnalazione cellulare:

• La sintesi della molecola segnale (ormone)
• Rilascio della molecola segnale
• Trasporto della molecola segnale alla cellula bersaglio
• Riconoscimento del segnale da parte di uno specifico recettore
• Cambiamento nelle funzioni cellulari scatenato dal complesso recettore-segnale, tramite la formazione di secondi messaggeri
• Rimozione del segnale con terminazione della risposta

Modi per inattivare i processi:

• Internalizzazione del recettore che non potrà più rispondere al segnale (blocco temporaneo)
• Bloccare la funzione intracitoplasmatica del recettore
• Bloccare proteine che creano i secondi messaggeri
• Attivare una proteina che ha un feedback negativo

Regolazione endocrina: la cellula produce un segnale che viene rilasciato all'esterno ed entra nel circolo sanguigno, una volta diffuso nell'organismo agirà sulle cellule bersaglio che presentano sulla superficie il recettore specifico

Regolazione paracrina:

Il segnale è trasmesso dalle vescicole che si fondono con la membrana rilasciando il segnale all'esterno senza raggiungere grandi distanze; il segnale si diffonde negli spazi peri e para cellulari verso le cellule bersaglio nelle immediate vicinanze.

Regolazione autocrina: l'ormone viene secreto ed agisce sulla stessa cellula che lo ha prodotto; fisiologicamente consiste in un sistema di autoregolazione, patologicamente permette alle cellule tumorali di produrre indipendentemente i fattori di crescita.

Posizione dei recettori: possono essere situati all'interno della cellula, come nel caso degli ormoni steroidei che attraversano il bilayer lipidico e si legano al recettore nel citosol, con conseguente trasmigrazione nel nucleo; oppure all'esterno della cellula, come nel caso degli ormoni proteici che non possono attraversare il bilayer e per avere una risposta coordinata vengono sfruttate le proteine scaffold che si trovano sotto al recettore nella

parte citosolicao Recettori superficiali: proteine G (riconoscono il recettore che attivano le proteine G e agiscono sugli enzimi che produconosecondi messaggeri); canali (passaggio di ioni); dimeri (quando non c'è il ligando il recettore è inattivo, quando arriva il ligando le due componenti del dimero si uniscono attivando la funzione)•

Vie di segnalazione: all'interno della cellula si intersecano e a volte si contrastano, ma spesso si potenzianoo Pproteine G: le proteine G legano GTP e sono in grado di trasformarlo in GDP utilizzando l'energia; esistono proteine G monomeriche o trimeriche formate da tre subunità α, β, γ➢ La subunità α è il sito attivo che lega e idrolizza il GTP, ne esistono di diversi tipi▪ Subunità αA (attivante) che attiva l'adenilato-ciclasi il quale trasforma ATP in cAMP▪ Subunità αI (inibitoria) che inibisce l'adenilato-ciclasi e attiva i

canali del potassio

▪ Subunità αQ che attiva la fosfolipasi C la quale presenta un dominio catalitico per tagliare i fosfolipidi; darà poi origine ai secondi messaggeri DAG e IP3

➢ Subunità β-γ