Scambio dei materiali attraverso la membrana cellulare

1. Scambio dei materiali attraverso la membrana cellulare Le sostanze possono passare entrare ed uscire dalla cellula mediante vari tipi di trasporto. • trasporto secondo gradiente di concentrazione: una sostanza • si sposta da una zona in cui la sua concentrazione è maggiore • a un’altra in cui la sua concentrazione è minore. • trasporto contro gradiente di concentrazione: quando avviene • il contrario. • 3) trasporto passivo: se avviene secondo gradiente di concentrazione • ed è spontaneo. • 4) trasporto attivo: se avviene contro gradiente e richiede energia • fornita dalla demolizione dell’ATP.

2. Trasporto passivo (1) DIFFUSIONE SEMPLICE: movimento netto di particelle attraverso il doppio strato fosfolipidico, da una zona ad alta concentrazione a una a minore concentrazione; avviene secondo gradiente di concentrazione ed è un processo di tipo passivo. Attraversano la membrana in questo modo: concentrazione + CO2 e O2 (piccole molecole apolari) H2O e urea (piccole molecole polari) concentrazione - Non possono attraversare la membrana: glucosio (grosse molecole polari) ioni (molecole cariche)

3. Na+ H2O Na+ H2O Trasporto passivo (2) OSMOSI: passaggio di acqua attraverso una membrana semi-permeabile che separa due soluzioni a diversa concentrazione Membrana semipermeabile: membrana che può essere attraversata liberamente dall’acqua ma non dalla maggior parte di soluti in essa disciolti L’acqua si muove per osmosi dalla soluzione in cui la concentrazione d’acqua è maggiore verso quella in cui la concentrazione d’acqua è minore. La membrana plasmatica e quelle interne si comportano come membrane semipermeabili. L’osmosi ha un’enorme importanza biologica.

4. ipotonica ipertonica H2O H2O Trasporto passivo (2) isotoniche: soluzioni aventi uguale concentrazione ipertonica: soluzione più concentrata ipotonica: soluzione meno concentrata L’acqua si muove dalla soluzione ipotonica (in cui la concentrazione di soluto è minore e la concentrazione d’acqua maggiore) verso la soluzioneipertonica attraverso una membrana semipermeabile che separi due soluzioni a diversa concentrazione.

5. isotonica ipertonica ipotonica nessuna variazione di volume aumento di volume diminuzione di volume Trasporto passivo (2) Ponendo una cellula animale in soluzione isotonica rispetto al citoplasma, non si osserva alcuna variazione di volume. Ponendo una cellula animale in soluzione ipotonica rispetto al citoplasma, si ha un ingresso netto di acqua e la cellula si gonfia. Ponendo una cellula animale in soluzione ipertonica rispetto al citoplasma, si ha fuoriuscita di acqua e la cellula raggrinzisce.

6. Trasporto passivo (3) DIFFUSIONE FACILITATA: trasporto di molecole attraverso la membrana plasmatica, secondo gradiente di concentrazione, mediante una proteina di trasporto (canali o proteine trasportatori). Avviene senza consumo di energia. • Vengono trasportate in questo modo molecole • di grandi dimensioni • polari • elettricamente cariche ES: le molecole di glucosio entrano nei globuli rossi attraverso la diffusione facilitata

7. pompa Trasporto attivo (1) Trasporto attivo: le sostanze sono trasportate attraverso proteine di membrana (pompe), che le spostano contro gradiente, utilizzando energia ottenuta dall’idrolisi di ATP. Le cellule renali eliminano molte sostanze di rifiuto per trasporto attivo. Alcune alghe sono in grado di accumulare al loro interno vari ioni a concentrazioni 100 volte superiori a quelle dell’acqua marina, grazie al trasporto attivo.

8. 10 1 1 20 Trasporto attivo (2) Potenziale di membrana o di riposo: è ladifferenza di potenziale elettrico di circa -70mM (interno negativo rispetto all’esterno), dovuta alla diversa concentrazione di ioni ai due lati della membrana che è mantenuta da diverse proteine di trasporto. + + + + + DV= -70mV - - - - - Lo ione sodio (Na+) è 10 volte più concentrato all’esterno della cellula. Lo ione potassio (K+) è 20 volte più concentrato all’interno.

9. sito che lega K+ sito che lega Na+ Trasporto attivo (3) La pompa Na+- K+ Pompa Na+- K+(oppure Na+- K+ATP-asi ):è unaproteina intrinseca di membrana che genera il gradiente di concentrazione degli ioni sodio e potassio. La pompa Na+-K+agisce trasportando i due ioni contro gradiente (3 ioni Na+all’esterno ogni 2 ioni K+ all’interno) utilizzando l’energia dell’ATP.

10. Trasporto attivo (4) Gradienti elettrochimici L’energia consumata sotto forma di ATP viene immagazzinata sotto forma di potenziale elettrochimico di membrana. La differenza di potenziale creata, a spese di ATP, ai due lati della membrana, serve a far funzionare altri meccanismi cellulari. • I gradienti di Na+e K+sono i principali responsabili di numerosi fenomeni: • potenziale di membrana • controllo del volume cellulare • eccitabilità di cellule nervose e muscolari • trasporto di sostanze nutritive (zuccheri, amminoacidi) • Il gradiente di Ca2+generato dalla pompa Ca2+ (Ca2+ATP-asi) ha un ruolo: • nella contrazione delle cellule muscolari

11. endocitosi esocitosi Trasporto tramite vescicole (1) Le macromolecole e i materiali di grosse dimensioni, che non possono attraversare la membrana plasmatica, per diffusione semplice o per mezzo di proteine di trasporto, vengono introdotte o espulse mediante vescicole.

12. invaginazione fusione gemmazione Trasporto tramite vescicole (1) Endocitosi Endocitosi: si attua attraverso la formazione di invaginazioni della membrana, che poi si chiudono verso l’interno, formando piccole vescicole che racchiudono la sostanza da trasportare e si muovono nel citoplasma.

13. Trasporto tramite vescicole (2) Endocitosi mediata da recettore Endocitosi mediata da recettore: endocitosi in cui la molecola da trasportare (es. colesterolo) si lega ad un recettore di membrana e il complesso molecola-recettore viene successivamente inglobato in una vescicola. ligando recettore citosol

14. proiezione di membrana fusione internalizzazione Trasporto tramite vescicole (3) Pinocitosi Pinocitosi: endocitosi in cui la cellula ingloba goccioline di liquido in cui siano disciolti soluti.

15. proiezione di membrana inglobamento e fusione internalizzazione Trasporto tramite vescicole (4) Fagocitosi Fagocitosi: endocitosi in cui la cellula ingloba particelle solide di grosse dimensioni macrofago che fagocita due batteri

16. contatto e adesione inizio della fusione fusione e scarico Trasporto tramite vescicole (5) Esocitosi Esocitosi: opera in direzione opposta all’endocitosi. Vescicole endocellulari migrano fino alla membrana plasmatica e si fondono con essa, riversando il loro contenuto all’esterno. Le proteine sintetizzate nel RER e rielaborate dal Golgi vengono espulse all’esterno mediante vescicole di esocitosi.