5.12: Trasporto attivo secondario

Un esempio di come le cellule utilizzano l'energia contenuta nei gradienti elettrochimici è dimostrato dal trasporto del glucosio nelle cellule. Lo ione vitale per questo processo è il sodio (Na⁾), che è tipicamente presente in concentrazioni più elevate nell'ambiente extracellulare rispetto al citosol. Tale differenza di concentrazione è dovuta, in parte, all'azione di un enzima "pompa" incorporato nella membrana cellulare che espelle attivamente^Na da una cellula. È importante sottolineare che, come questa pompa contribuisce all'alta concentrazione di^Na - fuori dalla cellula, aiuta anche a rendere questo ambiente "più positivo" rispetto alla regione intracellulare. Di conseguenza, sia i gradienti chimici che quelli elettrici di Na^- puntano verso l'interno di una cellula, e il gradiente elettrochimico è diretto in modo simile verso l'interno.

Cotrasportatori sodio-glucosio

I cotrasportatori sodio-glucosio (SGLT) sfruttano l'energia immagazzinata in questo gradiente elettrochimico. Queste proteine, situate principalmente nelle membrane delle cellule intestinali o renali, aiutano nell'assorbimento del glucosio dal lume di questi organi nel flusso sanguigno. Per funzionare, sia una molecola extracellulare di glucosio che due di Na^devono legarsi allo SGLT. Mentre⁺ il Na migra in una cellula attraverso il trasportatore, viaggiado secondo il suo gradiente elettrochimico, espelle l'energia che la proteina utilizza per spostare il glucosio all'interno di una cellula, contro il suo gradiente chimico, dal momento che questo zucchero tende ad essere ad una maggiore concentrazione all'interno di una cellula. Di conseguenza, il glucosio viaggia in salita contro il suo gradiente di concentrazione contemporaneamente con^Na, che viaggia lungo il suo gradiente elettrochimico. Questo è un esempio di trasporto attivo secondario, così chiamato perché la fonte di energia utilizzata è di natura elettrochimica, piuttosto che la forma primaria di ATP.

Terapie targeting SGLTs

Dato il ruolo del glucosio in alcune malattie, gli scienziati hanno iniziato a cercare modi per interferire con il trasporto del glucosio nelle cellule. Ad esempio, il diabete è caratterizzato da glucosio in eccesso nel flusso sanguigno, che può portare a danni ai nervi e altre complicazioni. Di conseguenza, alcuni ricercatori stanno valutando in che modo l'espressione SGLT differisce tra diabetici e non diabetici e se inibire diversi SGLT può aiutare a trattare la malattia. In alternativa, poiché le cellule tumorali hanno dimostrato di richiedere più glucosio rispetto alle loro controparti normali, altri ricercatori stanno esaminando se i trasportatori di glucosio possono essere un nuovo obiettivo di terapie anti-cancro.

- [Narratore] Anche se sia il trasporto attivo primario

che quello secondario

dipendono dalle proteine sulla membrana cellulare,

quest'ultimo utilizza l'energia immagazzinata

nei gradienti elettrochimici ionici,

non nell'ATP, per attivare queste proteine

e spostare molecole, come il glucosio,

all'interno delle cellule, contro gradiente.

Una proteina che esemplifica il trasporto attivo secondario

è il cotrasportatore sodio-glucosio 1.

Inizialmente questo trasportatore è posizionato in modo

che il lato citoplasmatico sia chiuso

mentre l'estremità extracellulare sia aperta.

Ciò espone all'ambiente esterno

due siti di legame del sodio caricati negativamente,

che quindi legano gli ioni sodio a carica positiva.

Dato che ci sono più ioni sodio nello spazio extracellulare

che nel citoplasma,

e che l'interno della cellula è più negativo

rispetto al suo ambiente,

il trasportatore legante gli ioni sodio

si muove lungo il gradiente elettrochimico.

Questo genera energia,

permettendo alla proteina di cambiare conformazione

e aumentando la sua affinità per il glucosio,

che è presente a bassi livelli all'esterno

ma ad alta concentrazione all'interno della cellula.

Una molecola di glucosio si attacca quindi al trasportatore

e questo legame simultaneo

di sodio e zucchero fa sì che la proteina

chiuda la regione extracellulare

e apra il lato citoplasmatico.

Gli ioni sodio a questo punto si staccano

ed entrano nel citoplasma.

Questo diminuisce l'affinità della proteina per il glucosio

e questo viene rilasciato di conseguenza.

Viene cotrasportato con gli ioni nella cellula,

contro il suo gradiente di concentrazione.

Una volta libero il trasportatore ritorna

alla sua orientazione originaria.