Comunicazione fra cellula e ambiente

Omeostasi Capacità di un organismo di mantenere costanti le condizioni chimico-fisiche interne anche al variare delle condizioni ambientali esterne. Il termine "omeostasi" fu coniato da Walter Cannon nel 1926, in riferimento alla capacità del corpo di regolare la composizione e il volume del sangue e, di conseguenza, di tutti i fluidi extracellulari in cui sono immerse le cellule; deriva dal greco ómoios, "simile", e stasis, "posizione"

Omeostasi Tutti gli organismi presentano meccanismi omeostatici a livello di ogni singola cellula, in quanto, per vivere, le componenti di una cellula devono essere mantenute a concentrazioni più o meno uniformi. La membrana cellulare è responsabile del controllo delle sostanze che entrano ed escono dalla cellula: le sostanze essenziali al metabolismo devono poter entrare i materiali di scarto devono poter uscire prima di raggiungere concentrazioni tossiche

Omeostasi nella cellula: meccanismi di trasporto Per mantenere costanti i propri equilibri biochimici, la cellula possiede diversi tipi di meccanismi di trasporto: Passivo: non vi è consumo di energia attivo: è richiesto un apporto energetico. l'omeostasi può essere inteso come un continuo sforzo dell’organismo e delle sue unità costitutive per mantenere le proprie caratteristiche rispetto all'ambiente esterno e la propria identità biologica.

Il trasporto attraverso la membrana Il passaggio delle sostanze attraverso la membrana può avvenire per: trasporto passivo (senza dispendio di energia) trasporto attivo (con impiego di energia)

Diffusione semplice Trasporto passivo Diffusione facilitata Osmosi.

Diffusione semplice

[concentrazione elevata] Una sostanza si sposta seguendo il gradiente di concentrazione : dalla zona più concentrata alla zona meno. [concentrazione elevata] [concentrazione minore]

Lo scambio dei gas negli alveoli polmonari avviene per diffusione Oxygen diffuses from the alveoli into the capillaries because there is a higher concentration of oxygen in the alveoli than in the blood of the capillaries.

Permeabilità selettiva Il doppio strato di lipidi è permeabile: Alle molecole molto piccole (H2O, CO2, O2) Alle molecole liposolubli (Idrofobe, non polari) Il doppio strato di lipidi è impermeabile: Alle grosse molecole e alla maggior parte delle molecole solubili in acqua. Agli ioni (K+, Cl-, Na+ )

Diffusione facilitata La diffusione avviene grazie ad una proteina di trasporto. N .B. Non vi è dispendio di energia Avviene secondo il gradiente di concentrazione

Formano un canale attraverso la membrana Alcune proteine di mebrana permettono il passaggio delle sostanze non liposolubili : Oppure Si legano a molecole trasportatrici (carrier) che le trasportano attraverso la membrana

N.B. I canali sono generalmente selettivi : una sola ben precisa sostanza li può attraversare e nessun’altra.

Certi canali possono aprirsi e richiudersi :

Esempio: Canale ionico che permette il passaggio di anioni

Trasportatori di membrana: Possono crearsi e distruggersi rapidamente Certi possono chiudersi ed aprirsi ==> Cambiano la permeabilità della membrana Sono spesso molto selettivi

Esempio di proteine di trasporto Canale chiuso Canale aperto

Membrana permeabile all’acqua ma impermeabile al soluto Osmosi Soluzone concentrata = ipertonica Soluzione diluita = ipotonica Membrana permeabile all’acqua ma impermeabile al soluto

L’acqua si sposta dal lato ipotonico (diluito) al lato ipertonico (concentrato)

L ’osmosi: è l’acqua che si sposta seguendo il suo gradiente di concentrazione

Ipertonica Ipotonica

Globuli rossi in soluzioni: Isotonica Ipotonica Ipertonica

Globuli rossi in mezzo Ipertonico

Liquido interstiziale LIQUIDO INTRACELLULARE SANGUE L’osmosi gioca un ruolo importante nello spstamento dei liquidi all’interno dell’organismo Liquido interstiziale LIQUIDO INTRACELLULARE SANGUE

Un pesce vive nell’acqua di mare Un pesce vive nell’acqua di mare. Il mare è un mezzo ipo, iper o isotonico? Acqua (per osmosi) L’acqua di mare è Ipertonica Sale (per diffusione) Come può sopravvivere il pesce?

Trasporto attivo : Assomiglia alla diffusione facilitata (necessita di un trasportatore) MA: Richiede energia Può avvenire in senso contrario al gradiente di concentrazione Necessita di un trasportatore (proteina di trasporto)

Trasporto attivo

Pompa Sodio-Potassio

Pompa Sodio-Potassio

Pompa Sodio-Potassio

Il Trasporto attivo permette alle cellule di conservare un ambiente interno differente dalla composizione dell’ambiente esterno :

Trasporto mediato da vescicole Esocitosi Endocitosi

Endocitosi Esocitosi

Endocitosi L’endocitosi è il processo cellulare tramite il quale il materiale che deve essere introdotto nella cellula viene circondato da vescicole di membrana o da vacuoli e riversato nel citoplasma. Si parla di endocitosi mediata da recettori quando il passaggio di molecole specifiche all’interno della cellula avviene tramite un’introflessione della membrana cellulare che forma una vescicola membranosa. Le vescicole contengono i recettori e le molecole da essi trasportate.

endocitosi mediata da recettori

endocitosi mediata da recettori Receptor-mediated endocytosis is a form of pinocytosis. The substance to be taken in binds with a specific receptor protein, which migrates to a pit or is already in a coated pit. The resulting vesicle contains the substance and the receptor. Receptor-mediated endocytosis is responsible for cells taking uplow-density lipoprotein (LDL) when LDL receptors gather in a coated pit. In individuals with a genetic disorder called familial hypercholesterolemia, the LDL receptor is unable to properly bind to the coated pit, and cells are unable to take up cholesterol. Cholesterol accumulates in the walls of arterial blood vessels, causing severe health problems.

Caso particolare di endocitosi: la Fagocitosi Fagocitosi = Endocitosi di una grossa struttura Fagocitosi di un batterio

Caso particolare di endocitosi: la Pinocitosi Pinocitosi = Endocitosi sostanze liquide

Esocitosi la cellula può secernere materiale all'esterno tramite esocitosi. Nell'esocitosi, vescicole contenenti le sostanze da espellere si fondono con la membrana plasmatica.