Sistemi di trasporto di membrana

I meccanismi attraverso i quali il rame attraversa le membrane cellulari dei mammiferi non sono stati ancora del tutto chiariti. Le informazioni che si hanno attualmente in eucarioti sulle proteine di membrana in grado di legare il metallo e di trasportarlo all'interno della cellula si ricavano per lo più dallo studio del metabolismo del rame in Saccharomyces cerevisiae. Tale studio ha permesso di identificare gli omologhi umani di geni coinvolti nell'omeostasi del rame, ribadendo l'utilità del lievito quale modello per comprendere la conservazione dei meccanismi omeostatici in quasi tutti gli eucarioti. Nel lievito Saccharomyces cerevisiaeil trasporto del rame è mediato da un sistema ad alta affinità e da uno a bassa affinità. Il sistema di distribuzione ad alta affinità richiede una reduttasi, presente sulla membrana plasmatica che riduce il Cu⁺² a Cu⁺; normalmente sono presenti Fre1 e Fre2, ma in alcuni casi è possibile anche trovare proteine diverse (da Fre3 a Fre7). Il Cu ( I ) è poi veicolato da due diversi trasportatori del sistema ad alta affinità, codificati dai geni CTR1 e CTR3, mediante un meccanismo di antiporto Cu⁺/2K⁺ . Ctr1 è una proteina di 406 aa presente nella membrana plasmatica e presenta tre potenziali domini transmembrana; gli aminoacidi all'estremità aminoterminale sono ricchi in residui di metionina e serina , potenziali siti di legame per il rame. Alcuni lieviti, presentano oltre a Ctr1 altri trasportatori del rame, tra cui Ctr3, che è coinvolto nel sistema ad alta affinità.

Per quanto riguarda il metabolismo del rame nell'intestino dei mammiferi…… Il rame della dieta viene assorbito per lo più attraverso la mucosa intestinale. Il Cu ( II ) della dieta può essere assorbito attraverso due potenziali trasportatori: Dmt1 che lo trasporta attraverso la membrana apicale degli enterociti ( insieme con il Fe²⁺) e Ctr che lo trasporta come Cu⁺ in seguito a riduzione da parte di una reduttasi endogena. Entrambi questi processi di trasporto sono accoppiati al gradiente protonico che esiste attraverso la membrana apicale degli enterociti. Il trasportatore umano hCtr1 è una proteina di 190 aa omologa a Ctr1 e Ctr3 di lievito. Il dominio aminoterminale di tale trasportatore è ricco in residui di metionina ed istidina come Ctr1. Dall'analisi strutturale hCtr1 risulta costituita da due subunità identiche che attraversano per intero la membrana, legate da due ponti disolfuro. Il rame assorbito è legato dagli chaperones che lo dirigono a vari livelli; parte del rame va al TGN per poi fuoriuscire dalla cellula attraverso l'ATPasi di tipo P di Menkes (MNK). Tale proteina è codificata dal gene ATP7A ed è stata identificata grazie a studi su pazienti umani portatori della malattia di Menkes.

Il gene MNK è espresso in molti tipi di cellule e la proteina è localizzata prevalentemente nel TGN. Quando le cellule sono esposte ad alti livelli di rame, la proteina Mnk si sposta sulla membrana plasmatica, ed in un compartimento endosomiale dove la sua funzione è di pompare il rame fuori dalla cellula.