IN QUESTA PRESENTAZIONE VENGONO AFFRONTATI I SEGUENTI ARGOMENTI … MEMBRANA PLASMATICA DIFFUSIONE SEMPLICE DIFFUSIONE FACILITATA OSMOSI TRASPORTO ATTIVO

LA MEMBRANA PLASMATICA La membrana plasmatica è un sottile involucro di circa 7-9 nm di spessore; essa avvolge la cellula e svolge funzioni di Isolamento fisico Regolazione degli scambi Sensibilità Supporto strutturale

Struttura della membrana (modello a mosaico fluido) Il doppio strato lipidico forma una pellicola liquida nella quale galleggiano diverse proteine, ma costituisce una barriera al passaggio di sostanze idrofile

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

…acqua… …acqua… DOPPIO STRATO FOSFOLIPIDICO “testa” polare (idrofila) “sigillo” impermeabile …acqua… “coda” non polare (idrofoba)

Due membrane adiacenti Cellula 1 Membrana Spazio intercellulare Cellula 2

LA MEMBRANA PLASMATICA È costituita da: Lipidi Proteine Carboidrati

La Membrana Plasmatica - LIPIDI I fosfolipidi di membrana sono molecole anfipatiche, con una testa polare idrofilica ed una coda idrofoba I lipidi di membrana si assemblano spontaneamente in doppio strato se posti in acqua Le membrane naturali si chiudono spontaneamente

aderente ma non immersa nel doppio strato fosfolipidico proteine di membrana proteina estrinseca

proteine di membrana proteina intrinseca parzialmente o interamente immersa nel doppio strato fosfolipidico proteine di membrana attraversa la membrana da parte a parte proteina intrinseca “transmembrana”

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

Le “vie” di passaggio attraverso la membrana plasmatica   

LA MEMBRANA PLASMATICA Il doppio strato fosfolipidico permette il libero passaggio di: acqua gas (O2, CO2) piccole molecole liposolubili (come ammoniaca, urea,…) invece Specifiche proteine di trasporto assicurano il passaggio di ioni e molecole idrosolubili. Si riconoscono diversi tipi di trasporto mediato da proteine:  TRASPORTO PASSIVO, che avviene secondo gradiente senza dispendio di energia;  TRASPORTO ATTIVO, che avviene contro gradiente con dispendio di energia. Da una zona in cui la concentrazione è maggiore, a un’altra in cui la concentrazione è minore Da una zona in cui la concentrazione è minore, a un’altra in cui la concentrazione è maggiore

il TRASPORTO PASSIVO, che avviene secondo gradiente, è spontaneo … …cioè il TRASPORTO PASSIVO, che avviene secondo gradiente, è spontaneo … mentre … il TRASPORTO ATTIVO, NO spostare delle sostanze contro gradiente RICHIEDE ENERGIA

LA MEMBRANA PLASMATICA TRASPORTO PASSIVO DIFFUSIONE: trasporto di materiale da un'area in cui esso è presente ad alta concentrazione verso una a più bassa concentrazione. Differenza di concentrazione = gradiente di concentrazione. DIFFUSIONE FACILITATA: movimento di molecole attraverso la membrana cellulare tramite particolari proteine di trasporto che formano dei canali e sono integrate nella membrana cellulare. OSMOSI: diffusione di un solvente attraverso una membrana verso una regione ad alta concentrazione di soluto. A muoversi è il solvente e non il soluto. Negli organismi viventi il solvente è l'acqua e la maggior parte delle membrane cellulari è permeabile all'acqua.

Prima di affrontare il tema del trasporto di sostanze attraverso la membrana plasmatica… quali meccanismi regolano il movimento di “sostanze” fra due compartimenti qualsiasi? per esempio, cosa regola il movimento di bagnanti fra due spiagge contigue?

DIFFUSIONE SEMPLICE

se molti “individui” sono concentrati in una spiaggia…

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

…i bagnanti tenderanno rapidamente a distribuirsi in numero approssimativamente uguale nelle due spiagge

se molti “individui” sono concentrati in una spiaggia… La diffusione semplice è il movimento netto di sostanze da un’area a concentrazione maggiore a un’area a concentrazione minore

DIFFUSIONE FACILITATA

questa spiaggia è popolata da bambini e da lottatori di sumo

mentre i bambini passano facilmente fra i paletti di recinzione, i lottatori devono usare speciali porte girevoli

il passaggio dei lottatori è “facilitato” dalle porte girevoli ma se i lottatori di sumo sono molti, si crea una “coda” davanti ai passaggi e ci vorrà più tempo perché fra le due spiagge sia raggiunto l’equilibrio.

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

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

Diffusione facilitata Aggancio della molecola alla proteina vettrice

Diffusione facilitata Liberazione della molecola nel citoplasma

OSMOSI

L’OSMOSI è un caso particolare di DIFFUSIONE e consiste nel passaggio di acqua attraverso una MEMBRANA SEMIPERMEABILE che separa due soluzioni a diversa concentrazione La MEMBRANA SEMIPERMEABILE è una membrana che può essere attraversata liberamente dall’acqua, ma non dalla maggior parte di soluti in essa disciolti

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. soluto

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 acqua

Per dirla in altro modo… La maggiore presenza di soluto nel comparto di sinistra fa sì che la concentrazione di molecole di acqua sia inferiore rispetto a quello di destra; quindi, si verifica un movimento di molecole d’acqua da destra a sinistra H2O < conc. H2O > conc. acqua

Due soluzioni aventi uguale concentrazione si dicono ISOTONICHE Se, invece, hanno concentrazione diversa, quella più concentrata è detta IPERTONICA, mentre quella meno concentrata è detta IPOTONICA SOLUZIONE: miscela omogenea formata da molecole di una certa sostanza, chiamata SOLUTO, disperse in un’altra sostanza, chiamata SOLVENTE

…l’acqua si muove per OSMOSI dalla… Se le due soluzioni a concentrazione diversa sono separate da una membrana semipermeabile… …l’acqua si muove per OSMOSI dalla… Soluzione IPOTONICA Soluzione IPERTONICA alla Minore concentrazione del soluto Maggiore concentrazione del soluto

…così l’acqua passa attraverso di essa per OSMOSI La MEMBRANA CELLULARE si comporta come una MEMBRANA SEMIPERMEABILE … …così l’acqua passa attraverso di essa per OSMOSI

Osmosi e cellule Oltre ai soluti, anche il solvente della materia vivente, cioè 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.

PLASMOLISI: DISTACCO DELLA MEMBRANA CELLULARE DALLA PARETE OSMOSI: Diffusione di acqua attraverso una membrana a permeabilità selettiva NESSUNA VARIAZIONE PLASMOLISI: DISTACCO DELLA MEMBRANA CELLULARE DALLA PARETE LA CELLULA NON SCOPPIA PER VIA DELLA PARETE CELLULARE  AUMENTA IL TURGORE

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

Ricapitolando: L’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.

PROCESSI di TRASPORTO PASSIVI DIFFUSIONE SEMPLICE DIFFUSIONE FACILITATA e OSMOSI sono PROCESSI di TRASPORTO PASSIVI in quanto non implicano un dispendio energetico

TRASPORTO ATTIVO trasportano le sostanze attraverso la membrana e le scaricano sul lato opposto COME LA DIFFUSIONE FACILITATA, ANCHE IL TRASPORTO ATTIVO È MEDIATO DA SPECIFICHE PROTEINE DI MEMBRANA però le proteine di trasporto funzionano in una sola direzione e possono essere selettive MENTRE LA DIFFUSIONE FACILITATA AVVIENE SECONDO GRADIENTE, SENZA CONSUMO DI ENERGIA (cioè spontaneamente) IL TRASPORTO ATTIVO AVVIENE CONTRO GRADIENTE, UTILIZZANDO ENERGIA

da una zona a concentrazione minore Nel TRASPORTO ATTIVO le sostanze sembrano infrangere le leggi della fisica … perché si spostano … da una zona a concentrazione minore verso una a concentrazione maggiore zona a concentrazione minore zona a concentrazione maggiore

per spostare sostanze contro gradiente richiedono molta energia … però i processi di TRASPORTO ATTIVO, per spostare sostanze contro gradiente richiedono molta energia Per questo avvengono solo nelle cellule che sanno compiere la respirazione cellulare Le cellule che si servono del trasposto attivo presentano numerosissimi mitocondri

Inoltre… Il trasporto contro gradiente può a sua volta determinare la formazione di zone a concentrazioni diverse, cioè generare gradienti di concentrazione che consentono la diffusione di altre sostanze

Perché il trasporto attivo è importante? Permette alle sostanze nutritive di entrare nelle cellule, anche quando la loro concentrazione al di fuori della cellula è molto bassa… (come avviene ad esempio per il glucosio). Consente alla cellula di liberarsi di sostanze indesiderate, anche nel caso in cui la loro concentrazione sia molto elevata all’esterno della cellula… (come avviene ad esempio per alcuni ioni e per le vitamine)

Alcuni esempi di TRASPORTO ATTIVO le cellule renali eliminano molte sostanze di rifiuto, grazie al trasporto attivo alcune alghe sono in grado di accumulare al loro interno vari ioni in concentrazioni fino a 100 volte superiori rispetto a quelle dell’acqua marina al trasporto attivo è legata la contrazione muscolare (trasporto attivo di ioni Ca2+) e il funzionamento delle cellule nervose (trasporto attivo di ioni Na+ e K+)

Ricapitolando: Il Trasporto attivo È il trasporto di molecole attraverso la membrana plasmatica mediato da una proteina transmembrana detta trasportatore di membrana. A differenza di quanto avviene nel trasporto passivo, nel trasporto attivo è richiesta una spesa energetica ed è sempre necessaria la mediazione di un trasportatore. In questa forma di trasporto le molecole si muovono contro un gradiente elettrico, chimico o elettrochimico.

… E INBOCCALLUPO PER LA VERIFICA !!! grazie per l'attenzione FINE … E INBOCCALLUPO PER LA VERIFICA !!!