Trasporto passivo: Esame Fisiologia generale, libro consigliato Fondamenti di Fisiologia generale ed integrata, V. Taglietti

TRASPORTATORI

Oltre ai canali ionici deputa: al trasporto di piccoli ioni, le grandi molecole u:lizzano un

trasportatore. Esso funziona grazie al legame con il suo ligando (molecola che deve trasportare) che

ne modi=ca la conformazione operando la traslocazione della molecola all’interno della membrana.

Sono stechiometrici quindi riconoscono i diversi enan:omeri della molecola.

TuF i trasportatori sono anche bidirezionali, funzionano secondo gradiente di concentrazione.

Ricordiamo che nelle condizioni passive quello che guida (la forza che spinge le moelcole a9raeros la

membrana) è il gradiente di concentrazione o di carica in presenza di ioni.

I trasportatori possono essere:

1. Uniporto: trasportano solo una molecola

in entrambe le direzioni.

2. Co-trasporto: Possono trasportare

contemporaneamente o alterna: 2 (a

volte anche 3) molecole diverse.

I co-trasportatori per funzionare devono legare

tu9e le molecole che andranno a trasportare.

Il co-trasporto può avvenire:

- Nella stessa direzione →

SIMPORTO, esempio il co-trasportatore Na-glucosio;

- In direzioni opposte→ ANTIPORTO una molecola entra e una esce;

Ques: passaggi possono avvenire in maniera:

- Simultanea: come il >ip >op simultaneo, in cui il trasportatore lega contemporaneamente le

due molecole e il legame con entrambe fa cambiare conformazione.

- ConsecuKva: prima ne lega uno e

lo porta all’interno, questo

cambiamento conformazionale

rende visibile il sito di legame per

la seconda molecola che si lega e

lo rilascia.

Ogni volta che le molecole si a9accano e

si staccano vi è cambiamento

conformazionale.

La modalità consecu:va o simultanea

avviene anche in an:porto.

Vengono u:lizza: simporto e an:porto perché sono eHcien: per l’oFmizzazione dei tempi. Questo

:po di trasporto viene impiegato quando una delle due molecole deve andare contro il gradiente di

concentrazione. La molecola che va secondo il proprio gradiente, se presente, spinge la seconda

molecola e si ha uno spostamento senza consumo di energia.

TRASPORTATORE VS. CANALE IONICO

AHnché il trasporto sia eBe9uato, con i trasportatori ci devono essere variazioni conformazionali

che però richiedono tempo per cui il passaggio con trasportatori è più lento rispe9o ai canali ionici.

La velocità di passaggio di una sostanza a9raverso la membrana dipende stre9amente dalla

permeabilità e da che :po di supporto u:lizza.

➔ In un Pusso passivo a diBusione semplice come urea o uretano che diBondono secondo

gradiente per cui maggiore è la concentrazione più veloce sarà il passaggio.

➔ Le cose cambiano quando vengono impiega: degli ausili per passare a9raverso la

membrana.

Da ques: gra=ci è possibile comprendere di che natura sia il passaggio di una

sostanza a9raverso la membrana, basandosi sulla sua velocità di

a9raversamento (Pusso)

a. DiAusione semplice: più aumenta la concentrazione del soluto, tanto

più aumenta la velocità di Pusso, perché non ci sono impedimen: (è

una diBusione libera).

Per le molecole che hanno bisogno di canali ionici o carriers per entrare,

vediamo una CINETICA DI SATURAZIONE

b. Per gli ioni il fa9ore limitante è la quan:tà dei canali ionici aper:: quando si aprono riescono

a far trasportare milioni di ioni al secondo.

Aumentando la diBerenza di concentrazione ionica ai due la: della membrana, la velocità di

diBusione aumenta; ad un certo punto, però, comincerà a rallentare =no a raggiungere una velocità

massima (plateau) in cui gli ioni non potrebbero passare =no a che non si liberano i canali

(fenomeno di saturazione).

c. Usando dei trasportatori: possono essere speci=ci per una o un piccolo gruppo di molecole

simili.

- sono presenK in numero minore sulla membrana per cui il fenomeno di saturazione avverrà

prima→ All’aumentare della quan:tà di soluto, ci sarà un momento in cui tuF i carriers

saranno occupa:, e la velocità massima sarà stata raggiunta.

- hanno un funzionamento più macchinoso rispe9o ai canali, per cui il passaggio sarà più

lento.

Confrontando le diBusioni passive libera e facilitata (non richiedono energia e avvengono secondo

gradiente), si nota che quella facilitata avrà una velocità di Pusso inferiore rispe9o alla diBusione

semplice.

Inoltre, mentre la diBusione semplice non è seleFva, i trasportatori della diBusione facilitata sono

più speci=ci, il che contribuisce alla semipermeabilità della membrana. Ci sono sostanze per cui le

cellule non hanno trasportatori (o ne hanno pochi), per cui non possono uscire o entrare

agevolmente.

Ricapitolando, quando si parla di trasporto facilitato mediato da trasportatori, bisogna tenere a

mente varie cara9eris:che:

● avviene solo se c’è un gradiente di concentrazione/eleOrochimico/eleOrico

● i trasportatori sono seleYvi per una molecola o per poche molecole aHni

● vanno incontro a saturazione

● sono stereospeciNci

● presentano inibizione compeKKva

Inoltre a volte è possibile incontrare il fenomeno dell'inibizione compeKKva: avviene quando una

molecola che ha una porzione simile al ligando naturale di un cero trasportatore, si sistema nel sito

di legame bloccando il carrier che non può funzionare. Queste molecole quindi competono con il

ligando e inibiscono l’aFvità del trasportatore.

Ci sono anche inibizioni non compeKKve quando una molecola riconosce un altro sito, diverso dal

sito di riconoscimento sul trasportatore, e quando vi si lega si ha l’inibizione del trasportatore, che

non è più in grado di riconoscere i ligandi.

Trasporto del glucosio

Il primo trasportatore iden:=cato è stato quello del glucosio, poiché è ubiquitario: è la forma

energe:ca che tu9e le cellule u:lizzano nei mitocondri per produrre ATP.

Per questo il glucosio entra ed esce molte volte nella cellula, ma essendo una molecola grande, non

può farlo da solo → ci sono mol: trasportatori.

CineKca Kpica dei trasportatori: aumentando la concentrazione del

glucosio, all’inizio la velocità di passaggio è elevata, poi rallenta =no ad

arrivare al plateau→ la velocità è massima perché tuF i trasportatori

stanno lavorando e =nchè non si liberano non possono trasportare altro

glucosio.

I trasportatori del glucosio sono riuni: in una grande famiglia, de9a

GLUT.

Cellule diverse possono avere trasportatori diversi, e anche nella stessa cellula si possono trovare un

:po di trasportatore nella zona apicale e un altro :po nella zona basale.

Meccanismo di trasporto → è

:

spontaneo

1. Si lega il ligando (glucosio);

2. Il legame carrier-ligando fa

cambiare conformazione;

3. La proteina ruota all’interno

della membrana e apre il sito di legame verso il lato citoplasma:co.

4. Il conta9o con l’ambiente citoplasma:co e il cambiamento di concentrazione fanno perdere

aHnità per il glucosio al trasportatore;

5. Il glucosio si stacca ed entra nella cellula;

I trasportatori sono molecole molto grandi, poiché appartengono alla famiglia di proteine di

membrana a passaggio mulKplo: durante la sintesi nel RER, la proteina viene proie9ata verso

l’interno, passa a9raverso la membrana e si avvolge ad α-elica, poi si forma un’ansa, poi di nuovo

un’α-elica transmembrana e così via, =no ad avere 12 passaggi.

Il trasportatore GLUT1 può anche essere glicosilato: l’aggiunta di gruppi glucidici può derivare dal

RER, e si parla di:

● N-glicosilazione : una molecola di glucide viene legata all’azoto dell’asparagina; questo

processo avviene anche nel Golgi;

● O-glicosilazione → nel Golgi, in cui i gruppi glucidici vengono lega: a un ossigeno;

La parte glicosilata viene poi esposta all’esterno degli organuli, nel citoplasma.

SGLT → Un altro trasportatore per il glucosio diBuso in varie :pologie cellulari, ad esempio gli epiteli

che rivestono delle cavità: gli enteroci: che rivestono l’intes:no, l’epitelio del nefrone dove avviene

il =ltraggio e il riassorbimento del glucosio ecc.

Cara9eris:che:

1. E’ un trasportatore sodio/glucosio, che eBe9ua co-trasporto: fa passare sia il sodio sia il

glucosio nella cellula.

2. E’ un trasporto passivo (non usa energia), che funziona quando il glucosio deve essere

trasportato nella cellula contro il gradiente di concentrazione.

In questo caso si parla di trasporto aYvo secondario, perché il trasportatore non u:lizza

dire9amente energia, ma essa viene “prestata” dal sodio poichè è più concentrato fuori dalla cellula

e ha un forte gradiente ele9rochimico che lo sposta verso la cellula.

Comunque dell'energia viene consumata so9o forma di ATP per mantenere basso il gradiente di

sodio nella cellula poiché da solo non uscirebbe → se ne occupano le pompe Na+/K+.

Meccanismo del trasportatore

Quando sono presen: sia il sodio sia il glucosio sul lato extracellulare:

1. si legano due ioni sodio (Na+)

2. si lega una molecola di glucosio

3. il legame di tu9e e tre le molecole aFva il trasportatore, che rilascia nella cellula sia il sodio

(a favore di gradiente ele9rochimico) sia il glucosio (contro gradiente)

4. per mantenere il gradiente, il sodio deve poi uscire dalla cellula, e questo avviene tramite la

pompa Na+-K+-ATPasi, una pompa ubiquitaria, poiché contribuisce a mantenere la

diBerenza di carica tra ambiente intracellulare ed extracellulare

E’

stato

dimostrato che questo sistema dipenda dal Na+ → se si inverte il gradiente ele9rochimico tra

ambiente interno ed esterno della cellula facendo entrare delle molecole di Na+, il trasportatore del

glucosio funziona anche nella direzione opposta (dall’interno all’esterno della cellula), quindi è

guidato dalla presenza del sodio e dalla sua diBerenza di concentrazione.

Un ulteriore esempio è cos:tuito da un trasportatore del D-glucosio, che si trova negli enteroci:,

che rivestono la parete intes:nale. Tu9o ciò che viene assorbito deve

a9raversare l’epitelio, entrando dalla parte apicale e uscendo dal lato basale,

per poi essere smistato tramite i capillari nelle varie cellule dell’organismo.

Si può osservare la diversa distribuzione di ques: trasportatori nella

membrana apicale rispe9o a quella basale:

● La parte apicale mostra trasportatori sodio/glucosio e sodio/galaOosio: entrambi gli

zuccheri devono entrare contro gradiente.

Ques: trasportatori sono assen: nella parte laterale o basale della cellula, in quanto unidirezionali:

devono portare il glucosio o il gala9osio all’interno della cellula, contro gradiente.

Nella parte apicale è present