Trasporti attraverso le membrane biologiche I meccanismi di trasporto attraverso le membrane biologiche fanno sì che le diverse sostanze raggiungano la zona della cellula o dell'organismo in cui devono essere utilizzate o accumulate. Lo spostamento può avvenire senza o con dispendio di energia e, a seconda delle dimensioni molecolari e della natura chimica dei composti che devono essere veicolati, può verificarsi attraverso il doppio strato fosfolipidico che compone le membrane oppure richiedere la presenza di proteine di trasporto (carriers) o di strutture proteiche più complesse (come le pompe ioniche). Ma il più profondo significato dei fenomeni di trasporto biologico sta nel fatto che permettono il mantenimento della diversità tra l'ambiente interno della cellula, o dell'organismo, e l'ambiente esterno e, dunque, l'identificazione delle caratteristiche proprie di ciascuna entità vivente.

Diversi tipi di trasporto: passivo e attivo Secondo gradiente ATTIVO CONTRO gradiente

Diffusione Le molecole di un soluto tendono a spostarsi da una zona a maggiore concentrazione ad una a minore concentrazione: Maggiore potenziale chimico Minore potenziale chimico

Caso speciale di diffusione: l’OSMOSI L’acqua tende a spostarsi attraverso la membrana verso aree che presentano una concentrazione maggiore di soluto. Minore potenziale idrico Maggiore potenziale idrico

L’ acqua si sposta verso regioni a maggior quantità di soluto. Non importa quale soluto è coinvolto.

Comportamento delle cellule vegetali in soluzioni a diversa concentrazione Plasmolisi Slz ipotonica Slz isotonica Slz ipertonica

Comportamento delle cellule in soluzioni a diversa concentrazione Plasmolisi

TRASPORTO ATTIVO ATP

Trasporto per mezzo di proteine Un soluto è trasportato in una direzione Contemporaneo passaggio di due diverse sostanze: Simporto: stessa direzione Antiporto: direzioni opposte

Antiporto

POMPA SODIO/ POTASSIO Na+ viene trasportato fuori dalla cellula. K+ viene portato dentro.

Endocitosi: fagocitosi, pinocitosi, endocitosi mediata da recettori E.m. da r. Pinocitosi

Clatrina Est. Molecole da trasp. e recettore Membrana cell si ripiega formando una fossetta Membrana cell Clatrina Int. Vescicola rivestita da clatrina

Plasmodesmi (cell vegetali !!) Pori della parete cellulare delle cellule vegetali che permettono la comunicazione tra cellule adiacenti.

Giunzioni cellulari Connessoni

Fine

Trasmissione dell’impulso nervoso nelle sinapsi A livello delle sinapsi, ossia delle strutture che collegano un neurone con il successivo, la trasmissione dell’impulso nervoso non avviene mediante lo spostamento di un’onda di depolarizzazione, come succede lungo la fibra nervosa (assone), ma attraverso la liberazione di molecole particolari, dette neurotrasmettitori. In risposta a una variazione del potenziale elettrico della membrana cellulare, a livello della terminazione dell’assone (o bottone sinaptico), si verifica la liberazione dei neurotrasmettitori che, diffondendo nello spazio della fessura sinaptica, si legano a specifici recettori posti sulla membrana del neurone successivo. Tale legame produce alterazioni a livello della membrana della cellula nervosa, che inducono l’insorgenza di un potenziale elettrico e, quindi, permettono la propagazione dell’impulso. In base alla loro natura chimica, i neurotrasmettitori possono avere un’azione inibitoria o eccitatoria, cioè impedire o promuovere l’impulso stesso. Microsoft ® Encarta ® Enciclopedia Premium. © 1993-2004 Microsoft Corporation. Tutti i diritti riservati.

FISIOLOGIA Gli impulsi nervosi costituiscono una modalità di trasmissione di segnali che si basa sull'alterazione del normale equilibrio di cariche elettriche presenti sulla superficie interna e quella esterna della membrana cellula. La membrana cellulare di tutte le cellule risulta polarizzata a causa della ripartizione di cariche elettriche di segno diverso tra le due facce della membrana: le cariche elettriche negative si accumulano verso l'interno e quelle positive verso l'esterno. Tale differenza di carica elettrica genera una differenza di potenziale, che prende il nome di potenziale di membrana a riposo. La membrana, per tali proprietà elettriche, viene definita polarizzata. Il potenziale di riposo è in gran parte dovuto alla disuguale distribuzione di ionisodio (Na+) e potassio (K+) tra l'interno e l'esterno del neurone: all'interno della cellula vi sono più ioni K+, mentre all'esterno si trovano più ioni Na+. Questa differenza di carica è mantenuta dalla cosiddetta pompa sodio-potassio, che si trova nella membrana cellulare e che trasporta attivamente (cioè consumando l'energia contenuta nelle molecole di adenosina trifosfato,, ATP) all'esterno ioni Na+ e all'interno ioni K+. All'interno del neurone vengono conservate grosse molecole a carica negativa (solitamente proteine), che non possono diffondere liberamente attraverso la membrana e che aumentano la carica negativa esistente all'interno della cellula. Dato che gli ioni Na+ hanno una carica positiva e vengono trasportati attivamente fuori dal neurone, all'esterno della membrana cellulare si sviluppa una carica positiva. All'interno viene, invece, pompato un numero di ioni K+ insufficiente a neutralizzare gli ioni a carica negativa presenti nella cellula e così si produce una carica negativa. Ciò stabilisce un gradiente di concentrazione attraverso la membrana, con gli ioni K+ che tendono a fuoriuscire dalla cellula e gli ioni Na+ che vengono attirati verso l'interno. La membrana presenta una permeabilità molto maggiore a K+ che a Na+ e quindi la pompa sodio-potassio deve lavorare molto per mantenere una concentrazione corretta di questi ioni (e una carica) su entrambi i lati della membrana. 3.1 Potenziale d’azione Tutte le cellule dell'organismo, dunque anche i neuroni, possiedono una membrana polarizzata; quando a un neurone viene applicato uno stimolo che raggiunge una potenza adeguata, le proprietà della membrana cambiano, ed essa diventa molto più permeabile allo ione sodio Na+: questo ione, quindi, entra rapidamente nella cellula e produce una carica netta positiva all'interno del neurone. Ciò provoca un cambiamento del potenziale elettrico della membrana, che si depolarizza. Quando una quantità sufficiente di ioni Na+ è entrata nella cellula, in modo da invertire completamente il potenziale e da avere all'interno una carica netta positiva invece che negativa, si raggiunge una condizione che prende il nome di potenziale d'azione. La parte esterna della porzione di membrana, ora negativa, invia una corrente elettrica che stimola la membrana circostante ancora a riposo, con la porzione esterna ancora carica positivamente. Questa corrente locale stimola la porzione adiacente della membrana del neurone a depolarizzarsi in modo analogo, e questo evento si ripete lungo tutta la membrana della cellula, trasmettendo, così, l'impulso nervoso lungo tutto l'assone. Le dimensioni del potenziale d'azione sono autolimitate, poiché una concentrazione interna elevata di Na+ induce il pompaggio all'esterno prima di K+ e poi di Na+, ripristinando la carica negativa all'interno della membrana cellulare e, quindi, il potenziale di membrana: in altre parole, in meno di un millesimo di secondo il neurone si ripolarizza e dopo un lasso di tempo brevissimo, chiamato periodo di refrattarietà, il neurone è in grado di ripetere il processo. Questo processo di conduzione continua ha luogo solo nelle fibre amieliniche, poiché la guaina mielinica che avvolge le altre fibre nervose forma intorno all'assone uno strato isolante, che non permette il passaggio della corrente elettrica. Nelle fibre mieliniche la depolarizzazione si verifica a livello dei nodi di Ranvier, con l'impulso nervoso che viene condotto saltando successivamente da un nodo all'altro lungo il nervo. Questa forma di conduzione dell'impulso, più rapida della conduzione continua, si chiama conduzione saltatoria.

Trasmissione dell’impulso nervoso nelle sinapsi A livello delle sinapsi, ossia delle strutture che collegano un neurone con il successivo, la trasmissione dell’impulso nervoso non avviene mediante lo spostamento di un’onda di depolarizzazione, come succede lungo la fibra nervosa (assone), ma attraverso la liberazione di molecole particolari, dette neurotrasmettitori. In risposta a una variazione del potenziale elettrico della membrana cellulare, a livello della terminazione dell’assone (o bottone sinaptico), si verifica la liberazione dei neurotrasmettitori che, diffondendo nello spazio della fessura sinaptica, si legano a specifici recettori posti sulla membrana del neurone successivo. Tale legame produce alterazioni a livello della membrana della cellula nervosa, che inducono l’insorgenza di un potenziale elettrico e, quindi, permettono la propagazione dell’impulso. In base alla loro natura chimica, i neurotrasmettitori possono avere un’azione inibitoria o eccitatoria, cioè impedire o promuovere l’impulso stesso.

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