E’ una proprietà fisica fondamentale di tutti i processi biologici

1. Perché parlare del concetto di diffusione? E’ una proprietà fisica fondamentale di tutti i processi biologici e costituisce il motore tramite il quale le cellule possono generare segnali

2. dispersione t0 t1 t2 t3 Cos’è la diffusione? Se introduciamo una goccia di colorante in acqua, questo si disperde cioè, diffonde

3. Energia Termica = kT (u.d.m. joules) costante di Boltzmann 1.38x10-23 joules/oK temperatura assoluta 300oK a temperatura ambiente Nota: k ·N(Numero di Avogadro) = R (costante dei gas) = P·V/T Che cosa spinge le particelle a diffondere? La diffusione è il movimento molecolare generato dall’energia termica: moti browniani (A. Einstein) Che cos’è l’Energia Termica?

4. 1 [moli/(cm2×sec)] 2 Flusso netto: Diffusione di Soluti Flusso Molare Unidirezionale: Quantità di soluto che attraversa un’area unitaria nell’unità di tempo Dove: n=no particelle N= numero di Avogadro A=area T=tempo

5. Flusso netto Flusso unidirez. C1C2 Flusso unidirez. C2C1 Flusso netto

6. Equazione di Teorell: L’intensità del flusso è proporzionale alla forza che lo genera (Xºdriving force)

7. gradiente pressorio km dipende da: - viscosità della soluzione - geometria del condotto Flusso di massa

8. Flusso diffusionale libero animazioni Diffusione attraverso una membrana

9. Diffusione attraverso una membrana aspetti quantitativi animazioni Rappresentazione grafica del processo di diffusione

10. Diffusione Tempo A Tempo B Tempo C Concentr. di glucosio (mmoli/l) Tempo

11. flusso diffusivo ovvero: La costante di proporzionalità dipende dalla mobilità del soluto è la pendenza del gradiente di concentrazione Ia Legge di Fick per la diffusione C’è un flusso netto di colorante dalla zona ad alta concentrazione a quelle a bassa concentrazione

12. Migrazione in un campo elettrico t0 t1 ovvero: La costante di proporzionalità dipende dalla mobilità e dalla concentrazionedel soluto è la pendenza del gradiente elettrico C’è un flusso netto di cationi (K+) verso il catodo (polo -) e di anioni (Cl-) verso l’anodo (polo +)

13. cariche - cariche + Anioni Cationi Citoplasma Spazio extracell. { membrana Equazione di Nernst-Planck: Una differenza di cariche (Δq) ovvero di potenziale elettrico (ΔV) ai due capi della membrana influenza il movimento degli ioni Quindi, il flusso di particelle cariche dipende non solo dal gradiente di concentrazione ma anche dal gradiente elettrico

14. più diluito più concentrato soluto H2O La diffusione dell’acqua Le molecole d’acqua tendono a diffondere da una soluzione più diluita ad una più concentrata Tale flusso di acqua è definito flusso osmotico Se una membrana è permeabile all’acqua ma impermeabile ad un soluto avente concentrazioni diverse ai due lati della stessa, l’acqua si muoverà cercando di uguagliare le concentrazioni di soluto ai due lati della membrana

15. ESEMPIO Nel sistema illustrato l’acqua continuerà a diffondere nella camera con la più alta concentrazione di soluto finchè l’energia potenziale della colonna di liquido più alta (a destra) uguaglierà la differenza di energia libera insita nella differenza di concentrazione. La pressione esercitata dalla differenza in altezza delle colonne di liquido, ovvero dal pistone, è definita Pressione Osmotica

16. costante dei gas (=0.082 atm·l·mole-1·oK-1 =8.314 j·mole-1·oK-1) temperatura assoluta (oK) concentrazione del soluto (moli·l-1) Pressione osmotica Nota: Questa è la relazione che esiste tra energia libera e concentrazione: DG=-k·T·ln(C2/C1) ovvero, C2/C1=e- DG/kT

17. pressione idrostatica membrana permeabile all’acqua Pressione osmotica = pressione idrostatica richiesta per prevenire un flusso netto di H2O Pressione osmotica L’acqua tende a muoversi da un soluto a bassa concentrazione (acqua ad alta concentrazione) ad un soluto ad alta concentrazione (acqua a bassa concentrazione)

18. membrana semipermeabile molecole di H2O parete distensibile flusso diffusionale molecole di saccarosio flusso pressorio contenitore a pareti rigide LATO 1 LATO 2 Effetto del flusso di acqua attraverso una membrana semipermeabile

19. Mantenimento del bilancio osmotico bassa [soluto] alta [soluto] H2O H2O esplode si gonfia pressione osmotica H2O H2O L’acqua si muove attraverso la membrana cellulare dalla zona a bassa concentrazione di soluto (alta [H2O]) ad una ad alta concentrazione di soluto (bassa [H2O]) - osmosi • Normalmente la [NaCl] extracellulare bilancia la [soluto] intracellulare • Il bilancio è mantenuto dalla pompa Na-K ATPasi

20. normale raggrinzita rigonfia lisata ipertonica isotonica ipotonica Le cellule devono essere isotoniche Concentrazione di NaCl nel fluido extracellulare Movimento netto dell’H2O Movimento netto dell’H2O Concentrazione ionica nel fluido extracellulare