2.2. TRANSPORTUL ACTIV PRIN MEMBRANA CELULARĂ

CARACTERISTICI:- contra gradient- consum energetic: ATP ADP + Pi +E- dependent de energetica celulară- caracter limitativ Tmax determinat de disponibilitatea

transportoruluiROLURI:

- transportul moleculelor organice (glucoza, aa) şi ionilor (Na+, K+, Ca2+, Fe2+, I-)

- asigură diferenţa de concentraţie a subst. între mediul intra şi extracelular

În funcţie de sursa de energie careasigură desfăşurarea procesului:

a) TRANSPORT ACTIV PRIMAR

b) TRANSPORT ACTIV SECUNDAR

a) TRANSPORTUL ACTIV PRIMAR

- proteina transportoare este şi ATP-ază ATP ADP + Pi + E- E modif. conformaţionale ale prot. care asig. transportul- specific ionilor proteina transportoare = pompa ionică

Pompa Na+/K+ (Na+/K+-ATP-aza) Pompa H+/K+ (H+/K+-ATP-aza Pompa de Ca2+ (Ca2+-ATP-aza) Pompele protonice (H+-ATP-azele)

POMPA Na+-K+

cea mai imp. ATP-ază de transporttransportă 3 Na+ spre ext. şi 2 K+ spre int. pentru 1 ATPmare consumatoare de energie (50% - neuron şi nefrocit, 10% - fibra musculară şi hepatocit)

STRUCTURA:- două subunităţi cu rol catalitic - la interior situsuri de fixare Na+, ATP, Mg2+

situs de fosforilare Pi

- la exterior situsuri de fixare K+

- două subunităţi cu rol reglator ce asigură: - translocarea pompei din citoplasmă în membr. - distribuţia polarizată a pompelor pe supraf. cel. (la polul bazal al celulelor)

Pompa Na+/K+

1. ocuparea situsurilor interne cu 3 Na+, 1 ATP şi 1 Mg2+; hidroliza ATP-ului cu eliberarea E şi a grupării Pi;

        2. fixarea grupării Pi (sub acţiunea unei kinaze) la situsul de fosforilare creşterea afinităţii pompei pentru Na+; utilizarea E pentru modificarea conformaţională a proteinei expunerea situsurilor de Na+ pe faţa ext. a membr. şi eliberarea Na+ în mediul extracel.;

       

MECANISMUL DE OPERARE:

3. ocuparea situsurilor externe cu 2 K+ ; îndepărtarea grupării Pi (sub acţiunea unei fosfataze), urmată de creşterea afinităţii pentru K+ ;

4. revenirea proteinei la conformaţia iniţială, 5. expunerea situsurilor de K+ pe faţa internă a membranei 6. trecerea K+ în mediul intracelular.

POMPA Na+-K+ :

FUNCŢII:- mecanismul principal ce asigură homeostazia celulară- pompă electrogenică încărcare electronegativă la int. - menţine PR - participă la refacerea echil. ionic după depolarizare. - activată în exces hiperpolarizare - inhibată depolarizare uşoară- asigură gradientul de Na+ necesar TA secundar

REGLAREA ACTIVITĂŢII:- activată de insulină, h. tiroidieni, catecolamine- inhibată de ouabaină, tonicardiace (digoxin)

ALTE POMPE Pompa de Ca2+

- caracteristică fibrei musculare - la niv. sarcolemei expulzează Ca2+ în mediul extracelular - la nivelul membranei RS asig. recaptarea Ca2+

rol conc. Ca2+ citosolic (10-5M10-7M) relaxarea musculară• Pompele de H+

m. mitocondriale transp. electronilor în timpul fosforilării oxidative polul apical al nefrocitului din TCD eliminarea renală a H+ menţinerea echilibrului AB

• Pompa H+/K+ scoate din celulă 1H+ şi introduce 1K+

prezentă în celula parietală gastrică formarea HCl

b) TRANSPORTUL ACTIV SECUNDAR- foloseşte gradientul de concentraţie creat de TA primar

pentru a asigura transportul unei alte subst., cuplat cu transportul de Na+

Transportul de Na+ intracelular, în sensul gradientului de concentraţie menţinut de pompa Na+/K+

Transportul subst. cuplate contra gradient - cotransport - Na+-glucoză, Na+-aminoacizi - epiteliul de absorbţie - antiport - Na+-Ca2+ miocite - Na+-H+ nefrocite

COTRANSPORTORUL Na+-glucoză

COTRANSPORTORI- asigură TA secundar în aceeaşi direcţie cu Na+

- electroneutri - Na+/K+/2Cl- (nefrocite - ansa Henle)- electrogenici - Na+-glucoză, Na+-aminoacizi

ANTIPORTERI (SCHIMBĂTORI IONICI)- asigură TA sec. în direcţie opusă faţă de Na+

- Na+/Ca2+ - electrogen, scoate din celulă 1Ca2+ şi introduce 3Na+

- celula miocardică de lucru, în repaus - participă la conc. de Ca2 în citoplasmă- Na+/H+ - electroneutru - scoate din celulă 1H+ şi introduce 1Na+

- contribuie la menţinerea constantă a pH-ului intracel.

simportantiport

Transportul activMODELE ŞI MECANISME:

ATP ATP

Transportul prin membrana celulara - rezumat

simplediffusion

facilitateddiffusion

activetransport

ATP

3. FUNCŢIA MEMBRANEI CELULARE ÎN TRANSFERUL DE INFORMAŢIE

MESAGERII PRIMARI:- ansamblu de substanţe biologic active - interacţionează cu receptori specifici- clasificare: în fcţ. de origine: endogeni, exogeni în fcţ. de struct. chimică: a) mesageri primari liposolubili - străbat bistratul lipidic - pătrund în celule - se leagă de receptori - citoplasmatici (h. steroizi) - nucleari (h. tiroidieni) b) mesageri primari hidrosolubili - nu pot străbate membrana - se fixează pe receptori membranari (h. polipeptidici)

RECEPTORII MEMBRANARIDEFINIŢIE:

- structuri complexe macromoleculare, proteice sau glicoproteice captează, amplifică, modulează informaţia primită de la mesagerii primari răspuns celularCARACTERISTICI:

- situs de recunoaştere şi de ancorare a ligandului- regiune hidrofobă fixează R în stratul lipidic- situs de activitate interacţ. cu alte prot. de semnalizare- sinteza în ribozomi, asamblare membranară şi degradare lizozomală- mare mobilitate în planul membranei - densitatea 104 – 105 receptori/celulă ţintă, dependentă de: - raportul sinteză/degradare - starea celulei - conc. de lungă durată a ligandului- densitate (internalizare, “down-regulation” ) ligand în conc. - densitate (externalizare, “up-regulation” ) ligand în conc.

RECEPTORUL:

- Localizat pe m. celulară sau intracelular (nuclear, mitocondrial)- Specializat în recunoaşterea unui pattern molecular, moleculă

semnal (ligand)- Proprietăţi: capacitatea de a lega liganzi şi a induce un răspuns

biologic- Componente: de recunoaştere, efectoare, reglatoare

(amplificatoare, transductoare)- Receptori muţi, acceptori – fixează compuşi fără să inducă un

răspuns biologic, îi menţin sau îi eliberează extracelular, în funcţie de echilibrul existent pt. compusul respectiv

LIGANZII:Polipeptide: micro- macromolecule, pot atinge mărimea

receptoruluiEndogeni: hormoni, mediatori chimiciExogeni: agenţi farmacologici

Interacţiunea ligand – receptor: agonism şi antagonism:

L . agonişti: induc un răspuns fiziologicL. antagonişti: împiedică acţiunea agoniştilor. - competitivi cu agoniştii, - necompetitivi - antagonişti funcţionali, cu efecte supracelulare contrarii

(R adrenergici alfa şi beta)L. parţial agonişti sau dualişti, cu efect dependent de

concentraţia agoniştilor propriu-zişi L. parţial antagonişti, antagonişti numai în doze mici

RECEPTORII: CLASIFICARE, ROLURI

În raport cu modalitatea de semnalizare intracelulară: a. R. proteină-canal ionic - ligandul ataşat de R deschide un c.ionic flux ionic depolarizant sau

hiperpolarizant. ex: Ach deschide c. de Na+ ale R nicotinic influx de Na+ cu efect depolarizant

GABA sau glicina deschid un c. de Cl- influx de Cl- hiperpolarizant

b. R. cuplaţi cu o enzimă- ligandul ataşat de R activarea unei E de pe faţa int. a membranei şi

sintetiza unui mesager sec. intracelular. ex: - Ach se fixează de R muscarinic activarea guanilatciclazei cu

formare de GMPc; 

c. R. cuplaţi cu proteină G - ligandul determină activarea PG se cuplează fie cu: - altă enzimă (AC, GC, fosfolipaza A, fosfolipaza C) - cu un canal ionic (c. de Ca2+ , K+); d. R. catalitici - ligandul se fixează de un R cu activit. enzimatică intrinsecă modulează activitatea unor proteine semnalizatoare intracel.:        - R tirozin-kinazici - fosforilează resturile specifice de tirozină ale proteinelor semnalizatoare intracelulare;        - R tirozin-fosfatazici - îndepărtează grupările fosfat de pe resturile tirozinice ale proteinelor semnalizatoare intracelulare;     - R serin/treonin-kinazici - fosforilează resturile serinice sau treoninice specifice ale unor proteine intracelulare.  

INTERACŢIUNEA LIGAND-RECEPTOR 1. COMPLEX LIGAND-RECEPTOR ACTIVAT (L-R) - situs de fixare - specificitate în recunoaşterea ligandului - afinitate în fixarea ligandului (10-9 sec.) - cinetica interacţiunii complexă = reacţie bimoleculară,

reversibilă formarea de legături fizice slabe - modificări în structura receptorului şi a ligandului

complex ligand-receptor activat 2. ACTIVAREA MECANISMULUI DE SEMNALIZARE

INTRACELULARĂ - amplificarea informaţiei transmise de mesagerii primari: 10X mesageri de ordin II (sec): AMPc, Ca++, IP3, DAG 100X mesageri de ordin III: proteinkinaze intracel.

INTERACŢIUNEA LIGAND-RECEPTOR

Mesageri primari (liganzi) complex ligand-receptor activat

Mesageri secundari (AMPc, Ca++, IP3, DAG)

Proteinkinaze specifice

Fosforilare proteine intracelulare

RĂSPUNS CELULAR

MODUL DE INTERACŢIUNE LIGAND-RECEPTOR

AGONISM - complex ligand-receptor activat răspuns fiziologic

specific 80-100%AGONISM PARŢIAL

- complex ligand-receptor activat răspuns fiziologic specific 10 - 40%ANTAGONISM - fără răspuns fiziologic

competitiv - acelaşi situs de fixare a ligandului = blocant de receptor alosteric - modificarea configuraţiei receptorului

SISTEME DE SEMNALIZARE INTRACELULARĂ

- mesageri secundari reacţii imediate (ms) Ca++

- mesageri terţiari reacţii lente (s, min) răspuns

SISTEMUL ADENILATCICLAZĂ – AMPc

SISTEMUL GUANILATCICLAZĂ – GMPc

SISTEMUL DERIVAŢILOR DE FOSFATIDIL INOZITOL

SISTEMUL Ca++ - CALMODULINĂ

SISTEMUL ADENILATCICLAZĂ – AMPc

SISTEMUL DERIVAŢILOR DE FOSFATIDIL INOZITOL DIFOSFAT

SISTEMUL Ca++ - CALMODULINĂCreşterea Ca++ citosolic prin 2 mecanisme:

- influx prin c. ionice de Ca++ membranare: voltaj-dependente, operate mecanic, operate de liganzi extracel. (catecol.), liganzi intracel. (AMPc) sau prin proteine G

- eliberarea din RS prin c. de Ca++ operate de mesageri intracel. (IP3)

4 Ca++ - calmodulină

proteinkinaze Ca++ - calmodulin dependente

RĂSPUNSUL CELULAR

PROTEINELE G- proteine-transductoare intramembranare cuplează receptorii a

peste 100 de mesageri primari cu efectorul (unitate catalitică, canal ionic)

- asigură transferul de informaţie de la mesagerii primari către mesagerii secundari

STRUCTURĂ – heterotrimeri formaţi din 3 subunităţi: - subunitatea - GTP-ază asigură funcţia şi specificitatea proteinei - inactivă când fixează o moleculă de GDP - activă când fixează o moleculă de GTP - activează enzime şi c.ionice membr.EFECTORUL - subunităţile şi - activează canalele de K+ membranare

TIPURI DE PROTEINE G Receptori Efectorul Mesagerul de

ordinul IIGs - adrenergici

muscariniciadenilatciclazacanale de Ca++

AMPcCa++-calmodulina

Gi 2 – adrenergicimuscarinici

adenilatciclazacanale de K+

AMPcK+

Gq 1 - adrenergicimuscarinici

fosfolipaza C IP3, DAG, Ca++-calmodulina

Gt fotoni GMPc fosfodiesteraza

GMPc (vedere)

Golf receptori olfactivi adenilatciclaza AMPc (olfacţie)

SISTEMUL DERIVAŢILOR DE FOSFATIDIL INOZITOL DIFOSFAT

MECANISME DE REGLARE A CONTRACŢIEI

CLASIFICARE– mecanisme membranare depolarizante sau

hiperpolarizante: includ potenţiale de membr. specifice tipului de

fibră musc. netedă– mecanisme umoral-hormonale implică acţiunea directă a unor factori

metabolici locali (CO2, O2, acid lactic, K+) şi hormoni circulanţi sau locali (NOR, ADR, HIS, ocitocină, etc) asupra R membranari specifici

Contracţia fibrei musculare netede Indusă de creşterea Ca2+ citosolic prin:

- activarea c. de Ca2+ voltaj-dependente - activarea c. operate de ligand - deschiderea c. activate prin intermediul PGq

activarea PLC generarea de IP3 şi DAG

IP3 => eliberarea Ca2+ din RS formarea complexului Ca2+ / calmodulină contracţia DAG activează proteinkinaza C (PKC) membranară susţine contracţia

Relaxarea fibrei musculare netede prin creşterea - AMPc (căi respiratorii) - GMPc (vase) scad nivelul Ca2+ (stimularea recaptării în RS)