Trasporto e Potenziale di Membrana

Question 1

Quali sono i due principi che regolano le strutture alla base del trasporto di membrana?

Answer 1

Il risparmio energetico e la selettività, quest ultima è neccessaria per proteggere la cellula.

Question 2

Quali sono le modalità di trasporto di membrana?

Answer 2

Uniporto, simporto, antiporto o controtrasporto.

Question 3

Un esempio di simporto nell’intestino

Answer 3

Il trasportatore sodio-glucosio

Question 4

Elenca tutti i trasportatori antiporto che conosci.

Answer 4

Pompa Na+/K+ ATPasi;
Pompa H+/K+ ATPasi;
Le pompe che espellono il Ca2+ a livello del muscolo e del cuore.

Question 5

Che tipo di farmaci può penetrare all’interno del SNC?

Answer 5

• Capaci di sfruttare i sistemi di trasporto presenti a livello della barriera ematoencefalica
• Con un adeguato coefficiente di distribuzione*
• Per ogni farmaco si calcola il coefficiente di distribuzione e si vede in quali organi va a distribuirsi una volta iniettato nel corpo

*Dipende direttamente dal coefficiente di ripartizione

Il coefficiente di ripartizione rappresenta il rapporto tra le concentrazioni di un composto all’interno delle due fasi di una miscela di due liquidi immiscibili all’equilibrio. Molto importante perché è indice di idrofobia o idrofilia

Question 6

Diffusione semplice:

Cosa accade all’aumentare della differenza di concentrazione

Pensa ad un grafico

Answer 6

Aumenta linearmente la quantità di molecole trasportate

Question 6

Diffusione semplice:

Cosa accade all’aumentare della differenza di concentrazione

Pensa ad un grafico

Answer 6

Aumenta linearmente la quantità di molecole trasportate

Question 7

Descrivi la legge di Fick

Answer 7

Il flusso di una molecola è direttamente
proporzionale sia alla differenza di
concentrazione (che è la forza trainante) che
all’area assorbente, mentre è inversamente
proporzionale allo spessore della membrana.

F = Kd x A x ΔC/Δx

Question 8

Quali sono i fattori che limitano l’utilizzo della legge di Fick?

Answer 8

• La dimensione delle molecole (non ne tiene conto)
• La carica delle molecole (per l’influenza dell’eventuale potenziale elettrico)

Question 9

Qual è la differenza principale tra la cinetica della diffusione semplice e quella della diffusione facilitata?

* Graficamente

Answer 9

La diffusione facilitata non si può definire un trasporto lineare poiché dipende dal numero di trasportatori presenti sulla membrana.

Si può parlare quindi di saturazione

Question 10

Indica un processo di trasporto che segue una cinetica di saturazione

Answer 10

Il trasporto del glucosio a livello renale.
Si parla di carico tubulare massimo

Question 11

Quali sono le principali strutture di membrana atte al trasporto di particelle cariche?

Answer 11

I canali ionici

Question 11

Quali sono le principali strutture di membrana atte al trasporto di particelle cariche?

Answer 11

I canali ionici

Question 12

Cosa si instaura in seguito al passaggio asimmetrico (elettrogenico) di ioni attraverso la membrana?

Answer 12

Un potenziale graduato che può o no evolvere in un potenziale d’azione.

Question 12

Cosa si instaura in seguito al passaggio asimmetrico (elettrogenico) di ioni attraverso la membrana?

Answer 12

Un potenziale graduato che può o no evolvere in un potenziale d’azione.

Question 13

Indipendentemente dal potenziale chimico ed elettrico:

Cosa permette il passaggio degli ioni attraverso i canali ionici?

Answer 13

• La presenza di acqua all’interno del poro.
• La perdita del guscio idratato degli ioni in transito
• La presenza di amminoacidi carichi in maniera opposta allo ione

Question 14

Una caratteristica fondamentale dei canali ionici è la selettività, cosa la permette?

Answer 14

• La struttura tridimensionale, in particolare, la dimensione.
• La carica espressa da alcuni segmenti chiamati S2-S4, in particolare sequenze amminoacidiche in grado di attrarre o respingere alcuni ioni in base alla carica

Question 15

Da cosa possono dipendere l’attivazione o l’inattivazione dei canali ionici?

Answer 15

• Da un legame con una specie chimica: chemio - dipendenti (GABA-R, Rec. nicotinico)
• Da uno stimolo elettrico: voltaggio - dipendenti
• Da uno stimolo meccanico: meccano - dipendenti (nel muscolo)

Question 16

Descrivi in breve le caratteristiche del recettore per il GABA.

Answer 16

• Canale specifico per lo ione cloro
• In grado di aumentare la propria conduttanza grazie al semplice legame con il GABA
• Tipo A: recettori canale permeabili al Cl-
• Tipo B: accoppiati a proteine inibitorie

Question 17

Descrivi in breve le caratteristiche del recettore per il GABA.

Answer 17

• Canale specifico per lo ione cloro
• In grado di aumentare la propria conduttanza grazie al semplice legame con il GABA
• Tipo A: recettori canale permeabili al Cl-
• Tipo B: accoppiati a proteine inibitorie

Question 18

Quante tipologie di trasporto attivo conosci?

Answer 18

• Primario: come la famosa pompa sodiopotassio ATPasi o la pompa idrogeno-potassio ATPasi.
• Secondario: sfrutta il gradiente chimico/elettrico generato da un trasporto attivo primario per effettuare un cotrasporto.

Question 19

Quante tipologie di trasporto attivo conosci?

Answer 19

• Primario: come la famosa pompa sodiopotassio ATPasi o la pompa idrogeno-potassio ATPasi.
• Secondario: sfrutta il gradiente chimico/elettrico generato da un trasporto attivo primario per effettuare un cotrasporto.

Question 20

Cosa distingue la pompa sodiopotassio ATPasi dalla pompa idrogeno-potassio ATPasi

* Oltre alle molecole trasportate?

Answer 20

• La prima è elettrogenica, la seconda no quindi non polarizza la membrana.

Question 21

Qual è il ruolo principale della pompa sodio potassio ATPasi?

Answer 21

• La pompa sodio potassio contrasta gli eventi post-iperpolarizzazione che porterebbero ad una distribuzione di ioni incompatibile con la genesi del potenziale d’azione.
• Essa viene fosforilata per idrolisi dell’ATP e cambia conformazione per trasportare contro gradiente 3 molecole di sodio all’esterno della cellula e 2 di potassio all’interno

Preambolo:

• In seguito alla iperpolarizzazione il sodio è estremamente più concentrato al di fuori della membrana e nonostante essa sia poco permeabile riesce lentamente ad entrare e a rendere meno negativa la cellula.
• L’equilibrio tra le forze in atto sul potassio viene intaccato: quella elettrica che vorrebbe trasportarlo all’interno diminuisce a favore di quella chimica generata dal gradiente di concentrazione che quindi può di trasportarlo verso l’esterno della cellula.

Question 22

Quali sono i parametri cinetici della sodio potassio ATPasi?

Answer 22

* Km-Na = 0.2 mM * Km-K = 0.05 mM

Question 23

Quale cardiotonico agisce sulla pompa Na/K ATPasi e perché è importante per comprendere appieno i meccanismi che la influenzano?

Answer 23

* La Ouabaina (al giorno d'oggi si usano i suoi derivati). * Essa blocca il gradiente elettrogenico generato dalla pompa sodio potassio e di conseguenza blocca a livello cardiaco il trasporto di sodio-calcio cossicché il calcio resti all'interno aumentando la contrazione. * Questa molecola un chiaro esempio della sensibilità della Na/K ATPasi a veleni metabolici e agenti specifici

Question 24

Qual è la struttura della Na+/K+ ATPasi?

Answer 24

è formata da due subunità * α: catalitica, 10 segmenti transmembrana, presenta anse citoplasmatiche importanti per il legame con l'ATP * β: singolo dominio transmembrana

Question 25

Quali sono le conseguenza della fosforilazione e defosforilazione della Na+/K+ ATPasi?

Answer 25

L'esposizione, alternativamente, dei siti per il legame di sodio e potassio

Question 26

Come avviene il trasporto del glucosio a livello intestinale o del tubulo contorto prossimale?

Answer 26

Attraverso il cotrasportatore Na+/D-Glucosio (SGLT-1). Questo sfrutta il gradiente ionico instaurato dalla Na+/K+ ATPasi, il glucosio viene quindi trasportato accoppiato al sodio che riesce così ad entrare nella cellula.

Question 27

A quale conclusioni permise di arrivare il primo esperimento di Gibbs-Donnan ## Footnote Ricorda: cloruro di potassio

Answer 27

Se un sistema viene lasciato a riposo e non viene perturbato, si raggiunge l’**elettroneutralità**. Si ha, quindi, un equilibrio di cariche e la membrana non è eccitabile poiché le cariche sono equilibrate nei due lati.

Question 28

Cosa cambiò tra il primo ed il secondo esperimento di Gibbs-Donnan?

Answer 28

Venne aggiunto del proteinato di Potassio, questo scindendosi avrebbe contribuito alla concentrazione di potassio ma la componente proteica (carica negativamente) non sarebbe stata in grado di attraversare la membrana semipermeabile. Osservando per del tempo il sistema si notò che **questa componente proteica impediva di ottenere l'elettroneutralità tra le i due lati**. All'interno della singola vasca il bilancio elettrico è però neutro.

Question 29

Cosa si è potuto spiegare, a livello della cellula, grazie agli studi di Gibbs-Donnan?

Answer 29

Gli esperimenti di Gibbs-Donnan hanno, collateralmente, permesso di dimostrare come in una cellula si possa creare un gradiente ionico e come ci possano essere quindi fenomeni di elettrogenesi. Alla base di questa distribuzione asimmetrica degli ioni ci sono tutte quelle strutture proteiche di membrana (perché ricordiamolo, questi fenomeni interessano esclusivamente la membrana ma non le parti più interne della cellula) in grado di bypassare i limiti imposti dal doppio strato fosfolipidico.

Question 30

Come mai si parla di elettrogenicità quando all'interno e all'esterno della membrana le specie ioniche trasportate sono "dello stesso segno" | es: sodio e potassio entrambi positivi

Answer 30

Perché l'elettrogenicità non va confusa con la carica intra o extracellulare ma **è conseguenza di una differenza di distribuzione di cariche.**

Question 31

Quali sono le forze da tenere in considerazione quando si parla di trasporto di membrana e come sono relazionate?

Answer 31

* Wc = lavoro per trasferire una mole di ione contro gradiente chimico * We = lavoro per trasferire una mole di ione contro gradiente elettrico * Wc = -We

Question 32

Cosa dobbiamo sostituire all'interno dell'equazione di equilibrio delle forze su uno ione per ottenere la legge di Nernst?

Answer 32

* Poiché la forza diffusionale è legata alla costante dei gas e alla temperatura scriviamo: Wc = R T (ln C1 - ln C2) * La forza elettrostatica dipende invece dalla valenza dello ione, costante di Faraday e differenza di potenziale: We = z F Em * Si ottiene così l'equivalenza: R T (ln C1 - ln C2) = z F Em | C sta per concentrazione

Question 32

Attraverso che tipo di canali avvengono i trasporti di Na e K ai valori del potenziale di riposo?

Answer 32

Attraverso i canali **passivi** e non quelli voltaggio dipendenti.

Question 33

Enuncia la legge di Nernst e a cosa serve.

Answer 33

Em= RT/zF * ln C2/C1 Serve a calcolare il potenziale di equilibrio di uno ione cioè il potenziale elettrico tale per cui uno ione non è spinto nè ad uscire nè ad entrare attraverso la cellula poiché le forze su di esso sono bilanciate.

Question 34

Da quale legge possiamo ricavare la corrente applicata ad uno ione?

Answer 34

* Legge di Ohm: I = G x ΔE x A * Differenza di potenziale tra quello di riposo e quello di equilibrio dello ione: ΔE = Em - Ej * Alla fine otteniamo: I = G x (Em - Ej) x A ## Footnote * G = conduttanza, dipende dal numero di recettori aperti * A = superficie (inclusi recettori)

Question 34

Come si calcola la corrente ionica di uno ione a attraverso la membrana?

Answer 34

I = g (Em -Ea) ## Footnote * g = conduttanza dello ione * I = corrente sullo ione * Ea = potenziale di equilibrio dello ione * Em = potenziale di riposo della membrana

Question 35

Descrivi l'equazione di goldman-hodgkin-katz.

Answer 35

* Mette in evidenza che, quando la membrana plasmatica è permeabile a più ioni, il valore di E, sara la risultante dei potenziali di equilibrio di tutti gli ioni coinvoli in funzione della permeabilità della membrana a ciascuno di essi * In generale essa permette di calcolare il potenziale di membrana con il contributo di ogni singola specie ionica. * La permeabilità è un valore fondamentale in quanto essa varia spesso in base allo stato dei vari canali coinvolti, ad esempio quando si attivano quelli del sodio la permeabilità per lo ione aumenta moltissimo e "trascina" il potenziale della membrana (Em) verso Esodio. La formula la metto come immagine se no è un casino.

Question 36

Quali sono i potenziali di riposo delle principali cellule eccitabili?

Answer 36

Muscolare Scheletrica = -90 mV Nervosa = -70 mV Muscolare Cardiaca = -85 mV Nodo Seno Atriale = -65 mV

Question 37

In cosa consiste la camera di ussing?

Answer 37

Un dispositivo utilizzato per misurare il trasporto di ioni attraverso il tessuto epiteliale. La corrente che fluisce attraverso il circuito (la pelle) è equivalente alla quantità di carica trasferita dal trasporto degli ioni sodio

Question 38

Da cosa dipende il verso del flusso di uno ione attraverso la membrana? Può cambiare?

Answer 38

* La differenza tra il potenziale di membrana e quello di equilibrio dello ione in questione ci indica la direzione che deve intraprendere il trasporto per trovare l'equilibrio. * Ad un valore positivo corrisponde un flusso di ioni positivi uscenti (o negativi entranti) * Ad un valore negativo il contrario