Biologia cellulare - trasporto intercellulare

Tipi di diffusione e trasporto cellulare

Diffusione semplice

CO₂, H₂O, O₂

Pompa sodio-potassio: K⁺, Na⁺

Diffusione facilitata (proteine carrier)

Trasportatore del glucosio (GluT1), Glucosio

Diffusione facilitata (proteina canale)

Acquaporina, H₂O, HCO₃^-, Cl^-

Trasporto attivo

Na⁺, K⁺, ATP, ADP, Proteina scambiatrice di anioni

Figura 8-2: Diffusione e trasporto

• Diffusione semplice: CO₂, H₂O, O₂
• Trasporto attivo: Pompa sodio-potassio, ATP, ADP, K⁺, Na⁺
• Trasportatore del glucosio (GluT1), Glucosio
• Diffusione facilitata (proteine carrier): HCO₃^-, Cl^-
• Proteina scambiatrice di anioni
• Diffusione facilitata (proteina canale): Acquaporina

Permeabilità delle molecole

Alta permeabilità: H₂O 10^-2, urea, glicerolo 10^-4, triptofano, glucosio 10^-6, Cl^- 10^-8, K⁺, Na⁺ 10^-10, 10^-12, 10^-14

Bassa permeabilità

Molecole idrofobiche

• O₂, CO₂, N₂, benzene

Piccole molecole polari prive di carica

• H₂O, urea, glicerolo

Grosse molecole polari prive di carica

• Glucosio, saccarosio

Ioni

• H⁺, Na⁺, HCO₃^-, K⁺, Ca²⁺, Cl^-, Mg²⁺

Doppio strato lipidico sintetico

Globulo rosso: Concentrazione ionica nello spazio extracellulare

Crenato, normale, rigonfiato, lisato: Ipertonica, isotonica, ipotonica, molto ipotonica

Molecola lipidica e proteica

Legami disolfuro intracatenale e intercatena: COO-, oligosaccaridi, α elica transmembrana

Doppio strato lipidico: Citoplasma (ambiente riducente), SH— gruppo sulfidrilico, NH₂

Ambiente extracellulare: Retina, nucleo idrofobico del doppio strato lipidico (3 nm)

Filamenti di proteine transmembrana

1. OmpA a 8 filamenti
2. OMPLA a 12 filamenti
3. Porina a 16 filamenti
4. FepA a 22 filamenti

Velocità di trasporto e diffusione

Velocità di trasporto V_max, 1/2 V_max, K_m: Concentrazione della molecola trasportata, diffusione mediata da trasportatore, diffusione semplice

Molecola trasportata, doppio strato lipidico, proteina canale, proteina trasportatrice

Tipi di trasporto

• Trasporto passivo
• Trasporto attivo
• Gradiente di concentrazione
• Energia

Gradienti elettrochimici

Esterno, interno, gradiente elettrochimico senza potenziale di membrana, con potenziale di membrana negativo all'interno, positivo all'interno

Regolato da voltaggio, da ligando (ligando extracellulare e intracellulare), meccanicamente

Stati delle membrane

Chiuso, aperto, citosol, membrana polarizzata, inattivato, aperto, membrana depolarizzata

Siti di legame e trasporto

Soluto, doppio strato lipidico, proteina trasportatrice che media il trasporto passivo

Stato A, Stato B, esterno, interno, sito di legame per il soluto

Tipi di trasporto accoppiato

• Uniporto
• Simporto
• Antimporto

Gradienti elettrochimici di Na⁺ e K⁺

Gradiente elettrochimico di Na⁺, sito di legame per Na⁺, sito di legame per K⁺ e ouabaina

Energia e scambi ionici

ATP, ADP + P_i, 3 Na⁺, 2 K⁺

Spazio extracellulare e citosol

Fosfato in legame ad alta energia

Domini cellulari

Glucosio: Importo del glucosio spinto da Na⁺, dominio laterale, proteina trasportatrice che media il trasporto passivo del glucosio, dominio basale

Lume intestinale, microvillo nel dominio apicale, giunzione stretta, epitelio intestinale, alta e bassa concentrazione di glucosio

Funzione della pompa Na⁺-K⁺

Corpo cellulare, dendriti, assone (da meno di 1 mm a più di 1 m di lunghezza), ramificazioni terminali dell'assone, guaina mielinica, nodi di Ranvier, strati di mielina, assone, nucleo

Assone, nucleo, cellula muscolare, assone mielinato, nervo, corpo di una cellula di Schwann, terminali dell’assone, 10 μm, terminazione nervosa della cellula presinaptica

Sinapsi chimica

Neurotrasmettitore in vescicole sinaptiche, fessura sinaptica, canale ionico regolato da trasmettitore, cellula bersaglio postsinaptica

Sinapsi chimica a riposo: Membrana plasmatica della cellula bersaglio, sinapsi chimica attivata

Giunzione neuromuscolare

Non occupato e chiuso, occupato e chiuso (inattivato), occupato e aperto, sito di attacco dell’acetilcolina, doppio strato lipidico, citosol

Canale, poro, cancello

Giunzione neuromuscolare a riposo

• Canale del Ca²⁺ regolato da voltaggio
• Canale cationico regolato da acetilcolina
• Canale del Na⁺ regolato da voltaggio
• Reticolo sarcoplasmatico
• Membrana plasmatica del muscolo

Giunzione neuromuscolare attivata

Impulso nervoso, Ca²⁺, Na⁺

Potenziale di membrana

Corrente di stimolazione, potenziale di membrana (mV), stato dei canali del Na⁺: Chiuso, aperto, inattivato, chiuso, tempo (millisecondi)

Propagazione assonica

Tempo (millisecondi), propagazione, immagine istantanea a t = 0: Canali del Na⁺ chiusi, inattivati, aperti, membrana ripolarizzata, depolarizzata, a riposo

Immagine istantanea a t = 1 millisecondo: Canali del Na⁺ chiusi, chiusi, inattivati, aperti, chiusi, membrana ripolarizzata, depolarizzata, a riposo

Scambiatore di Ca²⁺ e pompa Ca²⁺

Scambiatore di Ca²⁺ spinto da Na⁺, pompa Ca²⁺: [Ca²⁺] = 10^-3 M, [Ca²⁺] = 10^-7 M, membrana plasmatica, citosol

Pompa Ca²⁺ nella membrana dell'ER

Molecole che legano Ca²⁺ nel citoplasma, importazione attiva di Ca²⁺ nel mitocondrio, membrana plasmatica, ATP, ADP + P_i, molecola che lega calcio

Reticolo endoplasmatico, mitocondrio, citosol, dominio che lega il nucleotide, ATP, acido aspartico, dominio attuatore, dominio di fosforilazione

2 Ca²⁺ entrano nella cavità che lega calcio

Lume del reticolo sarcoplasmatico

ADP, acido aspartico fosforilato, 2 Ca²⁺