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
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