Scambio dei materiali
attraverso la membrana cellulare
Le sostanze possono passare entrare ed uscire dalla cellula
mediante vari tipi di trasporto.
1)
2)
3)
4)
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.
trasporto passivo: se avviene secondo gradiente di concentrazione
ed è spontaneo.
trasporto attivo: se avviene contro gradiente e richiede energia
fornita dalla demolizione dell’ATP.
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.
concentrazione
+
Attraversano la membrana in questo modo:
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)
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.
Na+
H2O
H2O
Na+
La membrana plasmatica e quelle interne si comportano come membrane
semipermeabili. L’osmosi ha un’enorme importanza biologica.
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
soluzione ipertonica attraverso una membrana semipermeabile che
separi due soluzioni a diversa concentrazione.
ipotonica
H2O
H2O
ipertonica
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.
isotonica
nessuna variazione
di volume
ipotonica
aumento
di volume
ipertonica
diminuzione
di volume
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
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.
pompa
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.
Trasporto attivo (2)
Potenziale di membrana o di riposo: è la differenza 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.
+ +
+
+ +
10
1
DV= -70mV
- - -
- -
1
20
Lo ione sodio (Na+) è 10 volte più concentrato all’esterno della cellula.
Lo ione potassio (K+) è 20 volte più concentrato all’interno.
Trasporto attivo (3)
La pompa Na+- K+
Pompa Na+- K+ (oppure Na+- K+ATP-asi ): è una proteina intrinseca di
membrana che genera il gradiente di concentrazione degli ioni sodio e
potassio.
sito che lega
K+
sito che lega
Na+
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.
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
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.
endocitosi
esocitosi
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.
invaginazione
fusione
gemmazione
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
Trasporto tramite vescicole (3)
Pinocitosi
Pinocitosi: endocitosi in cui la cellula ingloba goccioline di liquido in
cui siano disciolti soluti.
proiezione di
membrana
fusione
internalizzazione
Trasporto tramite vescicole (4)
Fagocitosi
Fagocitosi: endocitosi in cui la cellula ingloba particelle solide di
grosse dimensioni
proiezione di
membrana
inglobamento
e fusione
internalizzazione
macrofago che
fagocita due batteri
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.
contatto e
adesione
inizio della
fusione
fusione e
scarico