Le membrane biologiche e il trasporto di membrana

-ENZIMI;

-RECETTORI CHE TRASDUCONO I SEGNALI;

-CANALI E TRASPORTATORI.

Le membrane biologiche hanno la peculiarità di avere un ambiente intracellulare

diverso da quello extracellulare e l’organismo genera e mantiene le differenze di

concentrazione ioniche e di soluti attraverso il lavoro di TRASPORTO.

Il trasporto è descritto dall’equazione di Teorell: che dice che il flusso di una sostanza

(i) in soluzione libera, è direttamente proporzionale alla forza che lo genera.

Ji= Ki x Fi

Le forze coniugate al flusso possono essere espresse come lavoro compiuto per

spostare una mole di soluto in un tratto unitario di percorso.

A tal proposito distinguiamo 2 tipi di trasporto:

TRASPORTO PASSIVO—> quando l’energia che si traduce in lavoro è parte

dell’energia libera del sistema; utilizza inoltre l’energia cinetica posseduta dalle

molecole; queste si muovono infatti secondo il loro gradiente chimico, elettrico o di

pressione.

TRASPORTO ATTIVO—> quando l’energia che si traduce in lavoro è fornita dal

metabolismo.

Un esempio di trasporto passivo è sicuramente la DIFFUSIONE, che a livello dei

liquidi, le molecole si muovono da una zono a maggiore concentrazione verso zone a

bassa concentrazione secondo gradiente. La diffusione è direttamente proporzionale

alla temperatura e inversamente proporzionale alla dimensione molecolare.

La diffusione delle molecole procede fin quando le concentrazioni saranno uguali in

entrambi i lati della membrana, raggiungendo cosi l’equilibrio. La diffusione è

rapida a breve distanza e molto lenta su scala microscopica. La diffusione attraverso

le membrane è un po’ più complicata in quanto la membrana è di natura lipidica,

quindi la diffusione può avvenire attraverso il core lipidico (e la definiremo

(DIFFUSIONE SEMPLICE), altrimenti può avvenire attraverso un poro grazie alle

proteine (DIFFUSIONE FACILITATA) è mediata da specifiche proteine di

membrana:

◦ proteine canali o canali ionici;

◦ proteine vettrici o trasportatori

Per quanto riguarda la diffusione semplice, è permessa solo a sostanze in grado di

attraversala la membrana quindi molecole piccole e non polari, alcuni gas, molecole

liposolubili e piccole molecole polari. Nella diffusione avviene il passaggio della

molecola attraverso il doppio strato fosfolipidico con conseguente aumento della

concentrazione. Esiste un’equazione denominata ‘legge della diffusione di fick’, che

ci permette di calcolare la velocità di diffusione J di una sostanza attraverso un’area

quando sono note le concentrazioni iniziali nei due compartimenti (C1 e C2), e la

permeabilità della molecola attraverso la membrana: J(netto)= P(C1-C2) dove P è il

coefficiente di permeabilità.

Per quanto riguarda invece la diffusione facilitata, è deputata al trasporto di ioni e

piccole molecole organiche quali glucosio o amminoacidi per esempio.

Il trasporto avviene attraverso dei poi creati da proteine di membrana, questi canali

mettono in comunicazione gli ambienti separati dalla membrana e permetto il

passaggio di sostanze da una parte all’altra; gli ioni diffondono attraverso i canali

ionici secondo gradiente elettrochimico, cioè quindi dal gradiente di concentrazione

e dal gradiente elettrico a cavallo della membrana, in entrambe le direzioni.

STRUTTURA DI UN CANALE

In generale, un canale è strutturalmente costituito da:

-un vestibolo piuttosto largo, dove lo ione idratato può accedere facilmente per

diffusione;

-un filtro selettività, più stretto che forma il vero poro e selezione gli ioni in base alla

carica degli amminoacidi che ne rivestono la parete e al diametro dell’apertura;

Gli ioni devono velocemente deidratarsi per poter permeare e, gli ioni deidratati si

spostano saltando da un sito all’altro.

Da un punto di vista funzionale, i canali si distinguono in base alla:

1.SELETTIVITA’

Distinguiamo infatti i canali con alta selettività che sono: canali del Na+, del K+,

del Ca2+ e del Cl- e i canali con selettività intermedia quali: canali del Na+, del

del K+, del Na2+ e del Ca2+.

La selettività di un canale è strettamente determinata dal tipo di cariche terre

(positive o negative) che formano le pareti del foro di permeazione.

2.MODALITA’ DI ATTIVAZIONE

Abbiamo due tipi di canali;

-CANALI APERTI;

-CANALI A CANCELLO—> questi sono generalmente chiusi e si aprono in

risposta a segnali elettrici (potenziale di membrana), chimici (ligandi intracellulari o

extracellulari), meccanici e termici.

Affinché sia possibile la diffusione facilitata, è necessaria la presenza di trasportatori;

le proteine Carrier si legano a substrati specifici e le molecole/ioni che devono essere

trasportati, vengono trasportati attraverso la membrana che cambia conformazione; i

substrati sono piccole molecole, amminoacidi, glucosio, nucleotidi e metaboliti.

Le proprietà del trasporto facilitato sono:

1. LA SATURAZIONE: il flusso infatti è proporzionale alla concentrazione del

substrato fino a quando tutti i trasportatori sono saturati;

2. SPECIFICITA’;

3. COMPETIZIONE: il galattosio ad esempio è un inibitore competitivo che si lega

al trasportatore GLUT nello stesso sito del glucosio e suo essere trasportato al suo

posto;

4. REGOLAZIONE: regola quindi l’affinità per il substrato, modificazioni post-

traduzionali e regola inoltre il numero dei trasportatori.