Movimento di molecole e ioni attraverso la membrana plasmatica TRASPORTO CELLULARE Movimento di molecole e ioni attraverso la membrana plasmatica

Le membrane cellulari agiscono da barriere semipermeabili per la maggior parte delle molecole Questa selezione nel passaggio di sostanze rappresenta uno dei passi evolutivi più importanti per le cellule

- diffusione passiva -diffusione facilitata -trasporto attivo Tipi di trasporto - diffusione passiva -diffusione facilitata -trasporto attivo

DIFFUSIONE PASSIVA il movimento di una molecola o ione da una area ad alta concentrazione ad una a bassa concentrazione si definisce diffusione

Tutti i sistemi (la materia) tendono ad un minimo di energia, nel quale si attua l’equilibrio. Un sistema ad alta energia si definisce ad alto potenziale energetico. Quindi i sistemi passano da uno stato ad alto potenziale ad uno a basso potenziale energetico. Tra i due stati (a basso ed ad alto potenziale) esiste quindi una differenza di potenziale (ddp). Grazie alla differenza di potenziale si crea il flusso di materia che attua la diffusione. Quando la ddp scompare e il sistema raggiunge l’equilibrio, la diffusione cessa.

Diffusione Semplice L’acqua, l’anidride carbonica e l’ossigeno sono le molecole che diffondono attraverso la membrana plasmatica per diffusione semplice (osmosi). Le soluzioni ipertoniche sono quelle ricche di soluto, le ipotoniche quelle povere di soluto, rispetto ad una soluzione di controllo. Le soluzioni isotoniche hanno la stessa concentrazione di soluto della soluzione di controllo. Il confronto viene fatto fra l’ambiente intracellulare e quello extracellulare.

Le emazie perdono acqua per osmosi quando immerse in soluzione ipertonica al contrario assumono acqua se immerse in soluzione ipotonica (fino a lisare). Tutto ciò accade per diffusione passiva.

Le cellule vegetali poiché possiedono la parete cellulare oltre alla membrana plasmatica, non lisano se immerse in soluzione ipotonica e mantengono la forma di origine anche se immerse in soluzione ipertonica

La cellula può attivamente controllare la sua pressione osmotica Il Paramecio e altri protozoi possono controllare la loro pressione osmotica. Essi sono in genere iperosmotici rispetto all’ambiente extracellulare. In questo caso l’acqua tenderebbe ad entrare nella cellula. I protozoi possiedono il vacuolo contrattile che assorbe e pompa all’esterno l’acqua che entra. Tale trasporto però richiede energia

Diffusione facilitata La diffuzione facilitata di ioni avviene attraverso proteine di membrana o gruppi di proteine. Attraverso i canali formati da queste proteine gli ioni passano secondo la legge della differenza di potenziale. I canali possono essere chiusi o aperti sono noti cinque tipi di canale.

Canali proteici per diffusione facilitata Controllati dal ligando controllati meccanicamente controllati dal voltaggio controllati dalla luce

Canali controllati dal ligando Molti canali ionici sono controllati (aperti o chiusi) da un ligando intra- o extracellulare, diverso dalla molecola da trasportare. Un esempio di ligando esterno è l’acetilcolina, che apre i canali per il sodio, scatenando la contrazione muscolare. I ligandi interni si legano ad una proteina dal lato citosolico. cAMP e cGMP (secondi messaggeri) aprono i canali dei neuroni

La diffusione facilitata non è un trasporto attivo Sebbene è necessaria l’idrolisi dell’ATP per aprire il canale, lo ione diffonde passivamente attraverso di esso secondo la concentrazione intra ed extracellulare.

Canale controllato meccanicamente Le stereocilia delle cellule capellute dell’orecchio interno, vengono stimolate dal suono e aprono canali ionici, creando un impulso nervoso che il cervello interpreta come suono.

Canali controllati dal voltaggio Le cellule dette “eccitabili”, come i neuroni e le cellule muscolari, possiedono canali che si aprono o chiudono in risposta al mutamento delle cariche della membrana plasmatica (polarizzazione della membrana)

Diffusione facilitata di molecole Oltre agli ioni piccole molecole idrofile (zuccheri) possono attraversare la membrana. Anche in questo caso sono necessarie proteine intrinseche di membrana. Anche in questo caso la molecola si muove per diffusione. Le proteine di membrana sono selettive per il trasportato e si aprono quando si instaura il legame con il trasportato.

Trasporto Attivo Il trasporto attivo avviene contro gradiente Il trasporto attivo richiede energia (ATP)

Tipi di trasporto attivo Trasporto attivo diretto Trasporto attivo indiretto

Trasporto attivo diretto L’ATP si lega direttamente alla proteina di membrana di trasporto l’idrolisi dell’ATP libera energia necessaria per il trasporto

Trasporto attivo indiretto L’energia accumulata dal trasporto attivo diretto (cioè l’energia che deriva dall’aumento del potenziale energetico in seguito al trasporto contro gradiente) viene rilasciata e utilizzata per trasportare un’altra molecola.

Trasporto attivo diretto I La Na+/K+ ATPasi il citoplasma delle cellule contiene potassio ad una concentrazione 20 volte più alta dell’ambiente extracellulare. Al contrario la concentrazione di sodio è 10 volte più alta nell’ambiente extracellulare. Nonostante il diverso gradiente la cellula trasporta tre ioni sodio all’esterno e due ioni potassio all’interno (ANTIPORTO) la concentrazione di questi ioni è mantenute dal trasporto attivo attuato dalla pompa Na+/K+ ATPasi

Trasporto attivo diretto II La pompa H+/K+ ATPasi le cellule parietali dello stomaco usano questa pompa per produrre il succo gastrico. Queste cellule trasportano protoni (H+) dall’interno (bassa concentrazione) all’esterno (alta concentrazione) , quindi acidificano il succo gastrico ad un pH di circa 1 tale trasporto richiede una enorme quantità di energia e infatti queste cellule sono ricche di mitocondri.

Trasporto attivo diretto III Ca2+ ATPasi delle cellule muscolari striate le cellule muscolari striate a riposo hanno una concentrazione di calcio nel reticolo endoplasmatico (REL) più alta di quella del citoplasma. Il passaggio del calcio (per diffusione facilitata) dal REL al citoplasma permette la contrazione muscolare. Dopo la contrazione il Calcio è pompato nuovamente nel REL per trasporto attivo diretto. La pompa Ca2+ ATPasi per ogni molecola di ATP pompa 2 ioni calcio nel REL

Trasporto attivo indiretto Il trasporto attivo indiretto sfrutta il flusso di ioni per trasportare altre molecole nella stessa (SINPORTO) o in direzione diversa (ANTIPORTO).

Trasporto attivo indiretto I SIMPORTO trasportatore Na+/glucosio tale proteina permette al sodio e al glucosio di entrare assieme l’energia che si ottiene dalla diffusione del sodio verso il gradiente più basso viene utilizzata dal glucosio per entrare. Il sodio in seguito verrà pompato fuori dalla cellula contro gradiente con il trasporto attivo diretto (Na+/K+ ATPasi)

Trasporto attivo Indiretto II Il trasportatore Na+/iodio questo trasportatore pompa iodio dentro le cellule della tiroide per sintetizzare la tiroxina.

Trasporto attivo indiretto III ANTIPORTO nelle pompe antiporto uno ione fluisce in una direzione generando energia per il trasporto attivo di una molecola che fluisce in senso opposto il magnesio è pompato fuori dalle cellule dal sodio la Na+/K+ ATPasi è anche una pompa ad antiporto poiché pompa Na+ fuori e K+ dentro le cellule.

Anche l’endocitosi e l’esocitosi rappresentano un tipo di trasporto