Queste sono proteine-carrier: esse non fuoriescono dalla membrana; si legano e trascinano le molecole attraverso lo strato bilipidico e le rilasciano dal lato opposto. (animation by Jim Sullivan) |
Il carrier è caratteristico per ogni tipo di sostanza e quindi può essere inibito da una molecola simile a quella che esso trasporta normalmente (inibizione specifica) oppure tramite immobilizzo dei processi che forniscono energia al sistema (inibizione aspecifica). La velocità con cui avviene questo processo, può essere espressa con l'equazione di Michaelis-Menten e Briggs-Haldane: sebbene questa equazione sia stata sviluppata per la cinetica enzimatica, si adatta altrettanto bene a descrivere il processo di trasporto attivo.
La reazione sopra schematizzata, formalizza la combinazione del farmaco, F, con il carrier, C, per formare il complesso farmaco-carrier, CF. Dallo schema di reazione si nota che il complesso CF si forma e si decompone reversibilmente in C ed F , secondo due costanti cinetiche, k1 e k2 (prima di attraversare la membrana), e secondo la costante k3 corrispondente al rilascio del farmaco dopo l'attraversamento della membrana.
dunque, la velocità netta del flusso di trasferimento risulta:
I segni sono considerati con questo criterio: positivo, per la formazione del complesso farmaco-carrier; negativo, per la decomposizione del complesso.
in condizioni di equilibrio dinamico, ossia quando il ritmo di formazione del complesso farmaco-recettore è uguale al ritmo di rilascio, è v = 0 e quindi:
dove le costanti di trasferimento sono state riunite in un'unica costante, K
la concentrazione totale del carrier, C*, è data dalla somma delle concentrazioni del carrier libero e del carrier legato al farmaco:
sostituendo nella formula precedente, il valore [C] ricavato da questa condizione, si ottiene:
poiché quanto più facilmente il farmaco si lega al carrier (condizione necessaria per l'efficienza del processo) tanto più difficilmente viene rilasciato, possiamo supporre che il passaggio difficile, che condiziona la velocità del processo, sia il rilascio del farmaco con velocità: v = k3 [CF]. Inserendo questa condizione nella formula precedente, si ottiene:
quando il carrier viene saturato, ovverosia non c'è più farmaco che possa partecipare al processo, risulta [C*] = [CF], e per conseguenza, il processo raggiunge la velocità massima evidentemente data da Vmax = k3 [C*]. Inserendo questa condizione nella formula precedente, si ottiene l'equazione di Leonor Michaelis e Maud Menten (in realtà, il procedimento sviluppato per ricavarla, formato sull'ipotesi di un complesso farmaco-carrier, è dovuto a Briggs e Haldane, che lo proposero nel 1925).
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dove:
dc/dt = velocità di trasporto del farmaco;
Vmax = velocità massima raggiunta con la saturazione del carrier;
K = costante di affinità tra farmaco e carrier;
L'eq. 1, descrive soddisfacentemente la velocità del processo di trasporto attivo; infatti sono possibili due casi:
questo significa che quando la concentrazione, C, del farmaco è bassa, viene assorbito con velocità direttamente proporzionale alla sua concentrazione, fino a raggiungere Vmax (grafico a destra)
questo significa che l'assorbimento procede a velocità costante in quanto i carrier sono tutti impegnati nel processo di trasporto.
Il valore della costante K, può essere determinato solo sperimentalmente. Ponendo (nella eq. 1) dC/dt = Vmax /2 , si ottiene K = C; questo significa che il valore della costante K è misurabile quando la velocità di trasporto raggiunge la metà della sua velocità massima (v. grafico precedente)
Esempi di trasporto attivo sono offerti dalla vitamina B2 (molecola idrosolubile ad elevato PM) e dagli amminoacidi. La vitamina B12 ed il glucosio vengono assorbiti con un meccanismo di trasporto facilitato (v. appresso), che è regolato dalla eq. di M-M; però, in questo caso, non si ha consumo energetico in quanto il trasporto non avviene contro un gradiente di concentrazione. |
Grazie ai processi di trasporto, la cellula può mantenere la concentrazione interna degli ioni e delle piccole molecole. La membrana, oltre che un filtro per le sostanza in entrata e in uscita, rappresenta anche il mezzo con cui la cellula "si fa riconoscere" dalle altre cellule. Essa contiene molecole particolari, di solito formate da zuccheri legati a proteine, che corrispondono a una sorta di "carta d'identità" in base alla quale la cellula viene riconosciuta come facente parte di sé, ossia dell'organismo stesso, e quindi non viene attaccata dal sistema immunitario. Nelle cellule animali la membrana plasmatica non presenta generalmente strati esterni di rivestimento. Nei batteri e nei vegetali, invece, all'esterno della membrana si trova una parete rigida, costituita da polisaccaridi complessi (nel caso delle piante superiori, soprattutto da cellulosa). Tale struttura, nei batteri ha una funzione protettiva; nei vegetali, oltre a questa funzione, la parete svolge un ruolo di sostegno e serve a mantenere la forma tipica della cellula.
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Marcello Guidotti, copyright 2003-2004
l'animazione di Jim Sullivan è tratta dal sito: The Virtual Cell Web Page
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