Fisiologia cellulare - Appunti completi e di facile comprensione

CARRIERS

I carriers, come gli enzimi, possono essere soggetti ad inibizione competitiva. Il flusso raggiunge

asintoticamente il valore di flusso massimo ed è un valore invalicabile.

Nell’esperimento aggiungiamo una quantità fissa di

inibitore competitivo (I ), cioè una molecola che ha una

c

certa somiglianza con il substrato e a causa di questa

somiglianza è in grado, con una certa affinità, di legarsi

al sito attivo del trasportatore.

Con l’inibitore competitivo, la curva sta in un ampio

range di concentrazione del substrato al di sotto di quella

senza inibitore. Le due curve ad un certo punto

convergono, quindi, anche se uso un inibitore

competitivo, il flusso massimo viene comunque

raggiunto. Occorre però una quantità giusta di substrato

per poterlo raggiungere. la curva sta sotto le prime due, ma c’è

Se si aggiunge una quantità superiore di inibitore competitivo,

comunque convergenza.

Il messaggio fondamentale che arriva dall’analisi di questi grafici è che anche con l’inibitore

competitivo il flusso massimo viene raggiunto.

Come funziona un inibitore competitivo

Quando c’è solo il substrato è più probabile che una molecola di substrato si leghi al carrier. Questa

probabilità aumenta all’aumentare del substrato. Quanto più aumenta, tanto è più facile che il

substrato si leghi al carrier.

dell’inibitore competitivo ad una concentrazione superiore di quella del substrato.

Introduciamo

Essendo le molecole di inibitore in numero superiore a quelle di substrato, la probabilità che si leghi

l’inibitore al substrato è superiore. Ecco allora che il substrato è meno efficiente, quindi la curva si

abbassa.

Manteniamo fissa la quantità di inibitore competitivo, aumentando quella di substrato. Se si aumenta

sufficientemente la concentrazione di substrato, le molecole di substrato sono superiori a quelle di

inibitore, allora la probabilità che il substrato si leghi è superiore.

A condizione che la concentrazione del substrato sia sufficientemente elevata, le curve convergono.

Quindi in presenza di un inibitore competitivo F non cambia.

max

Relazione tra I e K

c a

K è la costante di affinità e, per definizione, è quella concentrazione di substrato in cui il flusso è

a la metà del flusso massimo,

quindi si legge sull’asse delle

ascisse.

Tanto maggiore è la

concentrazione di inibitore

competitivo, tanto più è

maggiore la K . Analogamente,

a

K è inversamente

a

proporzionale all’affinità del

carrier per il substrato.

K è un indice della pendenza della curva, perché tanto più la curva è ripida, tanto più ka è piccola.

a

Le cellule riescono ad ovviare al limite della saturazione con i trasporti attivi. Essi riescono ad operare

anche contro gradiente di concentrazione. Il trasportatore attivo del glucosio riesce a fare entrare tutte

le molecole di glucosio in circolo con efficienza maggiore della glucosio-permeasi.

POMPA SODIO POTASSIO ATPasi O TRASPORTO PRIMARIO Questo trasportatore attivo

è ubiquitario, quindi si

trova nelle membrane

plasmatiche di ogni cellula.

La funzione è quella di far sì

che la concentrazione di

potassio all’interno della

cellula rimanga elevata e

che la concentrazione di

sodio all’esterno della

cellula rimanga elevata.

Grazie a questo fatto, le

cellule elettricamente

eccitabili sono in grado di

generare delle variazioni di

potenziale di membrana che

sono chiamati potenziali

d’azione.

1) Il trasportatore presenta due siti attivi distinti. In questa conformazione, il trasportatore presenta

un’elevata affinità per lo ione sodio, quindi anche se la concentrazione dello ione è bassa, il sodio si

lega. Analogamente l’affinità per il potassio è bassa, quindi è molto bassa la probabilità che si possa

legare una molecola di potassio.

2) Quando uno ione sodio si lega, una molecola di ATP viene idrolizzata, quindi si verifica una

defosforilazione e quello ione fosfato che si libera dall’ATP, formando ADP, si attacca al

trasportatore, quindi la proteina viene fosforilata. Questa fosforilazione viene chiamata fosforilazione

sodio-dipendente.

3/4) Questa fosforilazione provoca un cambiamento conformazionale della proteina stessa. La

fosforilazione di proteine è un meccanismo molto comune che permette a determinate proteine di

poter cambiare di conformazione. Questo cambiamento si ripercuote ai siti attivi del sodio e del

potassio e cambia l’affinità, per cui il sodio viene espulso dal trasportatore e viene legato il potassio

a causa di un aumento di affinità. In questo modo il sodio riesce a passare da dentro a fuori secondo

il proprio gradiente, stessa cosa, al contrario, vale per il potassio.

5) Mentre il sodio provoca una fosforilazione della proteina carrier, lo ione potassio provoca una

defosforilazione potassio-dipendente, per cui si stacca uno ione fosfato dal trasportatore. Questa

defosforilazione provoca un cambiamento conformazionale della proteina carrier, facendola ritornare

alla conformazione iniziale.

6) Questo cambiamento pompa dentro lo ione potassio.

Si ha quindi l’espulsione esterna dello ione sodio, facendolo andare dove è più concentrato, e

l’espulsione interna dello ione potassio, facendolo andare dove è più concentrato. Il trasporto attivo

funziona contro il gradiente di concentrazione.

Caratteristiche della pompa sodio potassio ATPasi

+ +

- Stechiometria: 3 Na fuori, 2 K dentro, 1 ATP usato.

Viene utilizzato il 30% dell’ATP presente nella cellula (trasporto molto dispendioso).

- mV di ddp (l’interno diventa leggermente più

- Elettrogenica, può generare direttamente da -2 a -20

negativo dell’esterno).

- Tiene la pressione osmotica sotto controllo, prevenendo il rigonfiamento cellulare.

- Bloccata dal glicoside cardiaco ouabaina e bassa [ATP] (la ouabaina è come se fosse un blocco

I

degli ingranaggi e quindi il processo finisce, perché la pompa smette di funzionare).

+

- Velocità di attività dipendente dalla concentrazione intracellulare di Na .

GRADIENTE ELETTROCHIMICO

maggior parte delle cellule c’è una differenza di potenziale elettrico

A cavallo della membrana della

Da una parte un eccesso di cariche positive e dell’altra di cariche

(potenziale di membrana).

negative. Il potenziale di membrana influenza il movimento transmembrana di tutte le molecole

.

cariche (ioni) Il lato citoplasmatico della membrana plasmatica di solito ha un potenziale più negativo

rispetto all’esterno . .

La forza elettrostatica spinge i cationi nella cellula e guida gli anioni fuori Quindi,

quando consideriamo la diffusione passiva di soluti carichi attraverso una membrana, due forze

devono essere considerate:

- Il gradiente di concentrazione transmembrana

- La differenza di potenziale transmembrana

Quindi la driving force netta è il gradiente elettrochimico. Si suppone che la membrana

sia dotata di proteine

specifiche in grado di fare

passare le cariche. Fuori dalla

cellula c’è un eccesso di

cariche positive e dentro la

cellula la concentrazione di

ioni sodio è più bassa.

Supponiamo che in questa

situazione iniziale il potenziale

di membrana sia 0 (0 perché la

membrana non è polarizzata).

Quello che accadrà è che la

tendenza degli ioni è quella di

entrare, seguendo il gradiente di concentrazione.

Si suppone che la membrana sia polarizzata. L’interno della cellula presenta un eccesso di cariche

negative, mentre l’esterno della cellula presenta un eccesso di cariche positive. Oltre d avere un

gradiente di concentrazione, si ha anche un gradiente chimico. In queto caso i cationi vengono spinti

più velocemente all’interno della cellula, perché ci sono due gradienti favorevoli.

Si suppone che la membrana sia polarizzata. L’interno della cellula presenta un eccesso di cariche

positive, mentre l’esterno della cellula presenta un eccesso di cariche negative. Oltre d avere un

gradiente di concentrazione, si ha anche un gradiente chimico. In queto caso i cationi vengono spinti

più lentamente all’interno della cellula, perché ci sono un gradient favorevole e uno sfavorevole.

TRASPORTI ACCOPPIATI O ATTIVI SECONDARI Viene sfruttato il passaggio se-

condo gradiente di una particella

per percorrere lo stesso percorso

di questa particella. +

Trasporti accoppiati di Na

Il passaggio passivo di ioni sodio

permette il passaggio attivo di un

altro ione o di una molecola.

Nelle cellule animali molti pro-

cessi di trasporto di membrana

. Per esempio il trasporto di glucosio nelle cellule dell’epitelio

+

sono accoppiati al gradiente del Na

intestinale.

In una membrana è presente un trasportatore secondario del glucosio. Esso deve possedere un sito di

legame per il glucosio e per gli ioni sodio. L’energia, per andare contro gradiente, viene fornita dal

passaggio secondo gradiente degli ioni sodio. Quando il trasportatore ha la bocca nel lato extracellu-

della cellula dove è meno concentrato (in questo caso

lare, il sodio si lega e verrà rilasciato all’interno

è un trasporto passivo). Il trucco sta nel fatto che, finché non ci sono ioni sodio legati al sito attivo, il

glucosio non può legarsi, ma, quando si lega il sodio, l’affinità per il glucosio diventa alta e verrà

rilasciato intracellularmente, perché cambierà l’affinità. Il processo va avanti finché c’è un gradiente

di concentrazione favorevole al sodio. Qualora il gradiente di concentrazione del sodio venisse meno,

il trasporto attivo secondario cesserebbe di operare e il glucosio non potrebbe più entrare nella cellula.

++

LIVELLO DEL Ca INTRACELLULARE 2+

Il Ca è coinvolto in molti processi cellu-

lari, inoltre il mantenimento di bassi livelli

2+

di Ca intracellulare è critico per il nor-

male funzionamento cellulare.

2+

La [Ca ] extracellulare, per quanto bassa,

2+

è molto maggiore della [Ca ]

intracellulare. 2+

Le pompe del Ca ATP-dipendenti, della

membrana plasmatica e del reticolo

endoplasmatico liscio, pompano

2+

attivamente Ca fuori dal citoplasma.

Esiste anche uno scambiatore Na/Ca

2+

(T.A.II) che pompa attivamente Ca fuori

dalla cellula. Quando il sodio entra nella cellula secondo il suo gradiente di concentrazione, il calcio

va fuori.