Riassunti Fisiologia cellulare (esame completo)

K

 m

1 espressa dalla formula riportata a sinistra in cui V è la

C velocità della diffusione facilitata, V è la velocità

max

massima, C è la concentrazione e K è la costante di Michaelis Menten.

m

Le proteine che mediano la diffusione facilitata sono le permeasi o proteine

facilitanti. Un esempio di diffusione facilitata è la diffusione facilitata del

glucosio. Le proteine che mediano la diffusione facilitata del glucosio sono le

glucosio permeasi, che sono proteine ubiquitarie. La GLUT-1 è

espressa nella

membrana dei

14 globuli rossi ed è selettiva per il glucosio, è costituita da 12 segmenti idrofobici

transmembranari disposti a cerchio e possiede l’ansa che congiunge i segmenti

1 e 2 che è glicosilata e si trova nel versante extracellulare mentre le altre anse

e le porzioni N e C terminali sono rivolti al lato citoplasmatico. La GLUT-2 ha una

bassa affinità per il glucosio e per questo è presente nelle cellule ß del

pancreas. Infatti le cellule ß del pancreas devono essere sensibili ad alte

variazioni di glucosio perché devono attivarsi e rilasciare insulina solo in caso di

iperglicemia. La GLUT-3 è l’isoforma con maggiore affinità per il glucosio ed è

presente nelle cellule nervose dove, anche in caso di ipoglicemia, non deve mai

mancare l’apporto di zucchero e quindi devono essere in grado di captarlo

anche a concentrazioni bassissime. La GLUT-4 è inserita nella membrana di

vescicole intracellulari ed è specifica per il glucosio. Mentre la GLUT-5 trasporta

preferenzialmente il fruttosio.

2. Trasporto attivo: in cui è necessario che la Km del sito di trasporto si modifichi

durante la transizione da uno stato all’altro. Tale sito deve avere una Km minore

della concentrazione del ligando quando è nello stato in cui è esposto al lato

della membrana dove il ligando ha bassa concentrazione, in modo da poterlo

legare rapidamente; e deve invece avere una Km maggiore della

concentrazione del ligando nello stato in cui è esposto all’altro lato della

membrana dove la concentrazione del ligando è elevata per consentire la sua

rapida liberazione. Quando il trasporto mediato attivo cessa ha creato un

gradiente di concentrazione ai due lati della membrana. L’energia necessaria al

carrier per compiere questo trasporto viene reperita dall’idrolisi dell’ATP o

dall’assorbimento di luce di una determinata lunghezza d’onda. I trasporti attivi

si suddividono in:

Trasporti attivi primari:

a) Un esempio di trasporto attivo è la pompa sodio-

potassio-ATPasi. È un enzima che si trova nella membrana della cellula, è un

carrier antiporto che trasporta sia sodio che potassio contro gradiente di

concentrazione usando l’energia che deriva dall’idrolisi di ATP convertito in

ADP. Il suo compito è quello di mantenere costante la differenza di

concentrazioni ioniche ai due lati della membrana. Lo ione sodio più

abbondante dal lato extracellulare tende ad entrare nella cellula sia perché

sul lato citoplasmatico ha una concentrazione inferiore, sia perché è carico

positivamente e va a bilanciare le cariche negative del citoplasma. La

combinazione delle due forze chimica ed elettrica che agiscono sul sodio è il

suo gradiente elettrochimico, cioè la forza netta che lo fa muovere. Il

gradiente elettrochimico del potassio invece fa uscire questo ione dalla

cellula, infatti la forza chimica che agisce in direzione opposta a quella

elettrica prevale e il potassio esce perché all’esterno è meno concentrato. La

pompa sodio-potassio trasporta ioni sodio all’esterno e gli ioni potassio

all’interno, quindi contro i loro gradienti elettrochimici.

Meccanismo d’azione:

grazie alla sua elevata

affinità per il sodio la

pompa lega 3 ioni sodio

dal lato citoplasmatico,

essa viene subito

fosforilata cioè riceve un

gruppo fosfato da una

molecola di ATP. La

fosforilazione induce un

cambiamento di

conformazione riduce

l’affinità per il sodio e lo

espone allo spazio

15 extracellulare in questa conformazione invece alta l’affinità per il potassio. Una

volta rilasciato il sodio la pompa lega due ioni potassio questo provoca il rilascio del

gruppo fosfato e il ritorno alla conformazione precedente. Il potassio viene liberato

nel citoplasma perché a questo punto è più alta all’affinità per il sodio E quindi il

ciclo ricomincia. Un ciclo dura circa 10millisecondi, l’espulsione di sodio e l’ingresso

di potassio conserva i gradienti chimici dei 2 ioni cioè fa si che la loro

concentrazione rimanga sempre diversa tra interno ed esterno della cellula questa

la caratteristica fondamentale per il funzionamento cellulare ad esempio per

mantenere il giusto turgore della cellula per importare sostanze come glucosio o

aminoacidi inoltre contribuisce a mantenere il potenziale di membrana poiché

l’attività della sodio potassio ATPasi comporta uno spostamento netto di una carica

positiva all’esterno. La pompa è bloccata dall’ouabaina e consuma 1/3 o più del

metabolismo basale.

Altri esempi di trasporti attivi sono:

Pompa idrogeno-potassio-ATPasi

- che è un antiporto elettroneutro cioè per ogni

ciclo completo di trasporto, idrolizzando una molecola di ATP, estrude due ioni

+ +

H e intrude due ioni K

Pompa calcio-ATPasi

- che intrude due ioni calcio ed estrude un certo numero di

ioni idrogeno per ogni molecola di ATP idrolizzata. Fanno parte di questa

famiglia le pompe SERCA.

b) trasporti attivi secondari: Sono trasporti che non utilizzano

direttamente l’ATP ma utilizzano:

- i gradienti di concentrazione ionica,

- i gradienti di concentrazione di molecole

organiche

- i gradienti di potenziale transmembranario

Il trasporto può avvenire tramite simporto o per

antiporto: nel primo caso il gradiente di

concentrazione generato trasportatore

secondario È contrario a quello che muove

substrato motore mentre ha la stessa direzione

secondo caso. Esempi di trasporti attivi secondari sono:

Simporto sodio glucosio:

- le proteine (SGLT) che operano questo trasporto

trasferiscono verso l’interno della cellula una molecola di glucosio accoppiata

a due ioni sodio che si muovono consensualmente.

3) Trasporti mediati da vescicole: molecole e aggregati sopra molecolari di varie

dimensioni posso entrare uscire dalle cellule racchiusi in vescicole. Questa via di

transito salta il filtro di selettività rappresentato dei trasporti transmembranari. Tipi di

trasporti mediati da vescicole:

Endocitosi:

- permette passaggio delle sostanze in entrata, che a sua volta si

divide in pinocitosi e fagocitosi in base alle dimensioni della vescicola.

Esocitosi:

- inizia con l’adesione alla superficie interna della membrana

plasmatica di una vescicola in arrivo dal citoplasma, carica del materiale che

deve essere espulso dalla cellula. Seguono la fusione dell’apertura della

vescicola, che rende libero il suo contenuto nell’ambiente extracellulare.

L’esocitosi può essere costitutiva (quando le vescicole sono pronte vengono

subito rilasciate) oppure regolata (in cui le vescicole pronte vengono

immagazzinate vicine alla membrana e rilasciate in secondo momento in

risposta ad un segnale.)

Transcitosi:

- processo con cui alcune macromolecole vengono trasportate da

un lato all’altro di una cellula, nella quale entrano per endocitosi e dalla

quale escono per esocitosi, attraversandone il citoplasma racchiuse in

vescicole.

16 LEZIONE 4

Il potenziale di membrana: per potenziale di membrana (∆V) si intende la

differenza di potenziale elettrico tra il citosol o liquido intracellulare (che

presenta cariche negative) e lo spazio extracellulare (che presenta cariche

positive) ∆V = V - V .

in ex Tutti i compartimenti del nostro

corpo sono in equilibrio

osmotico ma non in equilibrio

+

chimico. Il potassio (K ) è il

catione principale all’interno

della cellula, mentre il sodio

+

(Na ) è il principale catione

-

extracellulare. Il cloro (Cl ) è il

principale anione extracellulare,

mentre fosfati e proteine (con

carica negativa) sono anioni

intracellulari ed è per questo che non avremo mai l’equilibrio chimico. Inoltre il

potenziale di membrana si origina dalla presenza di canali ionici che

determinano la permeabilità selettiva della membrana. In un sistema

all’equilibrio il movimento dei cationi fuori dalla cellula determina l’alterazione

del gradiente di concentrazione. La parola “potenziale” indica che il gradiente

elettrico è una fonte di energia accumulata o energia potenziale proprio come il

gradiente di concentrazione. Per misurarlo si usano due elettrodi collegati ad un

voltmetro che misura le differenze elettriche tra i due punti. Un elettrodo si

trova nel citoplasma, l’altro nel LEC (liquido extracellulare). La differenza media

oscilla tra -60/-70mV a causa delle cellule eccitabili. Il segno negativo è dovuto

al valore del liquido intracellulare che è negativo rispetto al valore del liquido

extracellulare. Per le cellule non eccitabili il potenziale di membrana è 10/20mV.

L’unico ione che è in grado di muoversi secondo gradiente di concentrazione è il

potassio. Dato che nel liquido extracellulare non c’è il potassio, anche piccole

quantità di potassio che fuoriescono dalla cellula creano un gradiente di

concentrazione, lasciando le proteine cariche negativamente all’interno della

cellula. Queste attrarranno altri ioni potassio facendoli rientrare nella cellula fino

al raggiungimento dell’equilibrio.

Quindi la differenza di potenziale che si stabilisce all’equilibrio chimico tra due

soluzioni elettrolitiche separate da una membrana selettivamente permeabile

ad una sola delle specie ioniche presenti (i) viene detta potenziale di equilibrio

dello ione permeante (E ), tale differenza di potenziale dipende dalla differenza

i

delle concentrazioni che lo ione assume all’equilibrio ai due lati della

membrana. E = [i] – [i]

i in ex

Il potenziale elettrico, cioè la capacità delle cariche elettriche di compiere il

lavoro, determina il movimento di cariche elettriche, ovvero la corrente. La

corrente dipende dalla differenza di potenziale tra le cariche e dalla natura del

mezzo attraverso cui si spostano (resistenza). La legge di Ohm dice che:

V = R I dove V = differenza di potenziale, R = resistenza, I = corrente attraverso

il conduttore (cioè il mezzo in cui diffonde)