la membrana plasmatica

globuli rossi I globuli rossi rappresentano un sistema ideale per lo studio della membrana plasmatica

Plasmalemma di globulo rosso 8-10nm

Due membrane adiacenti Cellula 1 Membrana Spazio intercellulare Cellula 2

Membrana plasmatica: Generalità Costituisce il limite esterno della cellula e svolge funzioni di: Isolamento fisico Regolazione degli scambi Sensibilità Supporto strutturale

Struttura della membrana (modello a mosaico fluido) Fluido extracellulare canale proteine Citoplasma Doppio strato fosfolipidico

Membrana plasmatica: Struttura Composta principalmente di Fosfolipidi Proteine Glicolipidi Colesterolo Precisa organizzazione strutturale Doppio strato fosfolipidico Proteine intrinseche ed estrinseche

I grassi saturi sono in genere solidi, sono presenti nel tuorlo dell'uovo, nel latte e nei suoi derivati e nei grassi animali, specie nelle frattaglie. Nel mondo vegetale sono presenti nell'olio di palma e nella margarina. I grassi insaturi si dividono a loro volta in monoinsaturi (un solo doppio legame, l'olio d'oliva) e polinsaturi (due o più, l'olio di girasole). Normalmente sono liquidi.                                                         

Colesterolo

intra-extra la membrana plasmatica separa l’interno della cellula dallo spazio extracellulare il fluido che riempie la cellula (citosol) ha una composizione diversa dal fluido extracellulare

Citosol Fluido extracellulare Na+ K+ alcune componenti si trovano in concentrazioni maggiori all’interno della cellula Consistenza simile a uno “sciroppo” o a una gelatina altre sono più concentrate nello spazio extracellulare lipidi Proteine e aminoacidi carboidrati

in che modo vengono generate e mantenute le differenti concentrazioni di sostanze fra ambiente extracellulare e citosol?

Quali meccanismi regolano il movimento di “sostanze” fra due compartimenti qualsiasi?

 diffusione semplice

se molte “sostanze” sono concentrate in una zona…

…e il passaggio dall’una all’altra è libero...

La diffusione semplice …le sostanze tenderanno rapidamente a distribuirsi in numero approssimativamente uguale in entrambe le zone La diffusione semplice è il movimento netto di sostanze da un’area a concentrazione maggiore a un’area a concentrazione minore

diffusione facilitata  diffusione facilitata

 osmosi

Per comprendere meglio l’osmosi, torniamo per un momento al meccanismo di diffusione semplice, immaginando di condurre un piccolo esperimento...

questa è la diffusione semplice questo recipiente è diviso in due da un filtro e contiene, nel comparto di sinistra, un’alta concentrazione di una sostanza in grado di attraversare il filtro. questa è la diffusione semplice l’equilibrio di concentrazione viene ristabilito dal rapido passaggio di tale sostanza attraverso la membrana.

Il filtro che divide questo recipiente, invece, non consente il passaggio di detta sostanza (le sue maglie sono troppo fini). l’equilibrio di concentrazione viene ristabilito grazie al passaggio di acqua (solvente) dal compartimento di destra a quello di sinistra. questa è l’osmosi

Osmosi E’ la diffusione delle molecole d’acqua (solvente) attraverso una membrana Si verifica attraverso una membrana permeabile all’acqua ma non ai soluti Per osmosi, l’acqua attraversa una membrana verso il comparto a maggiore concentrazione di soluti

Torniamo alla cellula... .. e al passaggio di sostanze fra i due lati della membrana plasmatica

Diffusione semplice Fluido extracellulare Citoplasma la diffusione attraverso la membrana può avvenire attraverso il doppio strato fosfolipidico... ... oppure attraverso i canali proteici Fluido extracellulare Citoplasma

Quali sostanze “passano” per diffusione semplice? sostanze polari come l’acqua e piccoli ioni devono invece utilizzare specifici canali proteici Quali sostanze “passano” per diffusione semplice? molte sostanze, tuttavia, non possono attraversare la membrana senza un “aiuto” speciale... Glucosio Alcool, H2O Acqua alcune sostanze dotate di liposolubilità come l’alcol possono attraversare il “sigillo” idrofobo rappresentato dalle code apolari dei fosfolipidi Citoplasma

Processi passivi: diffusione facilitata Certi composti (troppo grandi per passare attraverso i canali di membrana) possono essere passivamente trasportati da PROTEINE VETTRICI

Diffusione facilitata 1 Aggancio della molecola alla proteina vettrice

Diffusione facilitata 2 Liberazione della molecola nel citoplasma

schema riassuntivo della diffusione

Osmosi e cellule Oltre ai soluti, anche il solvente della materia vivente, l’acqua, diffonde da un lato all’altro della membrana plasmatica. L’acqua è spinta in un senso o nell’altro dall’eventuale presenza di pressione osmotica, creata dalla differenza di concentrazione di soluti che non attraversano la membrana Questo effetto ha risvolti importanti, per esempio, in seguito a rapide variazioni di concentrazione del plasma sanguigno...

Osmosi e globuli rossi Ipotonico Emolisi Isotonico Nessuno Ipertonico se il fluido extra-cellulare è... Ipotonico Isotonico Ipertonico L’effetto sui globuli rossi è... Emolisi Nessuno Dentellatura

Osmosi e globuli rossi

processi di trasporto passivi diffusione (semplice e facilitata) e osmosi sono processi di trasporto passivi in quanto non implicano un dispendio energetico

Processi di trasporto attivo Richiedono molta energia, ma… Consentono di spostare sostanze contro un gradiente (di concentrazione, elettrico, ecc.)

Pompa di scambio sodio-potassio

Pompa di scambio Na-K 3 Na + 2 K + ATP ADP

La presenza di pompe ioniche provoca... Na+ K+ Pompa sodio-potassio Na+ Canale per il potassio K+ Canale per il sodio proteina

distribuzione asimmetrica di ioni Cl- i canali di membrana sono attraversati dagli ioni passivamente, a seconda dei loro gradienti Na+ K+ le pompe ioniche determinano e mantengono gradienti di concentrazione ai due lati della membrana proteina

Canali Ionici Pompe Ioniche

Potenziale transmembrana + + + + + + + + + + - - + + - - - - - - + + - - - La asimmetria nella distribuzione di ioni carichi elettricamente è all’origine di una differenza di potenziale fra i due lati della membrana che si trova normalmente in tutte le cellule - -70 mV -

Funzione della pompa Na+-K+-ATPasi Produzione di un potenziale elettrico ai 2 lati della membrana che rappresenta il presupposto per la conduzione degli stimoli elettrici da parte delle cellule nervose e e muscolari

L’impulso nervoso consiste in una variazione transitoria del potenziale di membrana a riposo

+ + + + + + + + + + - - + + - - - - - - + + - - - -70 mV - In condizioni di riposo.. + + + + + + + + + + - - + + - - - - - - + + - - - -70 mV -

Se un neurone viene in qualche modo stimolato, la membrana plasmatica diventa permeabile agli ioni Na+, che entrano dentro la cellula in grande quantità; il flusso di ioni Na+ provoca un'inversione di polarità: all'interno della membrana c'è ora un eccesso di carica positiva, ed all'esterno una carenza di carica positiva: la membrana si depolarizza, fino ad assumere un potenziale di +50 mV ,detto potenziale d'azione. + - + + 50 mV - + -

Una volta insorto, il potenziale d'azione si propaga da dove è stato applicato lo stimolo alla zona di membrana successiva, causando la sua depolarizzazione, quindi la trasmissione dell'impulso nervoso. La depolarizzazione della membrana continua lungo tutta la fibra nervosa grazie a continui flussi di ioni che spostandosi da un lato all'altro della membrana mantengono il potenziale d'azione, così il potenziale d'azione si propaga per tutto l'assone. Cellula nervosa assone

endocitosi ed esocitosi molecole e particelle di dimensioni rilevanti non possono attraversare la membrana nei modi appena descritti. la cellula è tuttavia in grado di catturare o di espellere tali sostanze attraverso un tipo diverso di trasporto attivo transmembrana... trasporto attivo

endocitosi esocitosi

endocitosi ed esocitosi

Pinocitosi e fagocitosi Pinocitosi (“cellula che beve”) Formazione di vescicole riempite di fluido extracellulare Processo non specifico come l’endocitosi mediata da recettore, ma molto comune Fagocitosi (“cellula che mangia”) Produzione di vescicole contenenti materiali solidi (anche grandi come la cellula stessa) Operata solo da cellule del sistema immunitario

Riassunto: Processi attivi di trasporto transmembrana pompe ioniche endocitosi endocitosi mediata da recettori pinocitosi fagocitosi esocitosi