Permeabilità cellulare

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Categoria:Biologia

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Testo

PERMEABILITA’ CELLULARE
La membrana cellulare è selettivamente permeabile e solo questa caratteristica garantisce che la cellula mantenga ben diverso il suo ambiente interno da quello esterno. Infatti essa ha principalmente due funzioni:
1. separare l’ambiente esterno da quello interno
2. permettere l’ingresso e l’uscita delle sostanze secondo necessità
La permeabilità avviene attraverso diversi meccanismi, e in generale si distingue tra permeabilità passiva che obbedisce solo a leggi fisiche e permeabilità attiva che comporta un dispendio di energia da parte della cellula.
DIFFUSIONE PASSIVA
La diffusione passiva è la tendenza di qualsiasi soluto ad andare da una zona di maggior concentrazione a una di minor concentrazione (cioè a spostarsi secondo gradiente).
Una soluzione, a parità di solvente, rispetto ad un’altra si dice:
• ipertonica quando c’è una maggior concentrazione di soluti
• ipotonica quando c’è una minor concentrazione di soluti
• isotonica quando c’è la stessa concentrazione di soluti
La diffusione dell’acqua si chiama osmosi. Essa si muove da una soluzione ipotonica a una ipertonica fino a raggiungere un ipotetico equilibrio che nei sistemi viventi non si realizza.
Quando una membrana lipoproteica viene interposta tra due regioni a differente concentrazione la diffusione viene fortemente modificata. Le proprietà fisiche che influenzano la diffusione sono:
1. peso molecolare (maggiore è il peso molecolare e più difficilmente la sostanza può passare)
2. solubilità nei lipidi (più una sostanza è solubile e più facilmente può passare)
3. carica ionica (l’interno della membrana è negativo)
4. forma delle molecole
In particolare la diffusione degli ioni non dipende solo dal gradiente di concentrazione ma anche da quello elettrico perché essi sono particelle cariche. La cellula infatti ha una concentrazione ionica diversa da quella dell’ambiente extracellulare che la circonda e la membrana è attraversata da un potenziale elettrico. Il potenziale di riposo è sempre negativo e nelle diverse cellule varia da –20 a –100 millivolt (mV).
La membrana plasmatica lascia passare per diffusione passiva solo piccole molecole, cioè H2O, CO2, O2, alcol etilico. Grazie alla fluidità della membrana esse passano tra un lipide e l’altro.
Ad esempio ponendo un globulo rosso in una soluzione ipotonica, l’acqua entra nel globulo fino a farlo scoppiare (emolisi). Invece una cellula vegetale nelle stesse condizioni non scoppia grazie alla sua parete cellulare rigida. Mettendola in una soluzione ipertonica l’acqua esce dalla cellula e la membrana si raggrinzisce (plasmolisi), però se la cellula non muore posso riportarla ad una situazione normale mettendola in una soluzione isotonica (deplasmolisi).
FLUIDO INTERSTIZIALE
FLUIDO INTRACELLULARE
CATIONI
Na+
K+
145
4
12
155
ANIONI
Cl-
HCO3-
A- e altri
120
27
7
3,8
8
155
CONCENTRAZIONE DEGLI IONI IN UN MUSCOLO A RIPOSO
DIFFUSIONE FACILITATA
Oltre la diffusione passiva c’è un meccanismo che si effettua attraverso trasportatori situati nella membrana. Questi sono rappresentati dalle proteine transmembranali perché sono le uniche che sporgono su entrambe le parti della membrana cellulare.
Ogni trasportatore è specifico, perché presenta un sito che può legarsi solo una particolare molecola: o uno ione, o una molecola organica o al massimo un gruppo di molecole organiche molto simili tra di loro.
Il trasporto può essere attivo, se richiede energia, oppure passivo.
Il trasporto passivo è detto diffusione facilitata. Il passaggio delle sostanze è facilitato dalle proteine di membrana ma avviene sempre secondo gradiente di concentrazione. È un mezzo molto più efficace della diffusione passiva.
PROPRIETA’ DELLE PROTEINE VETTRICI
1. possiedono un sito che riconosce la molecola o il gruppo di molecole affini da trasportare
2. accelerano il processo di trasporto
3. agiscono selettivamente
4. non si consumano
ESEMPIO DI MODELLO GENERALE DI DIFFUSIONE FACILITATA

TRASPORTO ATTIVO
Il trasporto attivo avviene contro gradiente di concentrazione per cui c’è un dispendio di energia.
L’energia necessaria viene fornita dall’idrolisi dell’ATP.
Questo sistema di trasporto è unidirezionale, cioè è un pompaggio di molecole.
La più importante pompa studiata nella cellula è quella dello ione sodio Na+. Essa espelle lo ione sodio e pompa all’interno il potassio. Questa pompa funziona solo con l’energia fornita dall’idrolisi dell’ATP.
Pompa Mg++ATPasi sodio-potassio dipendente
Il sito attivo della pompa è sulla faccia citoplasmatica e richiede ioni sodio per funzionare: infatti il legame di tre ioni sodio all’enzima lo attiva in modo che questo scinde l’ATP e lega covalentemente il fosfato.
Ciò provoca l’alterazione della conformazione dell’enzima e i tre ioni sodio possono essere liberati all’esterno.
In questa nuova configurazione la proteina può legare due ioni potassio presenti sul lato esterno.
Questo legame provoca la defosforilazione della proteina che così ritorna alla sua forma normale liberando i due ioni potassio all’interno.
In un secondo una singola proteina può portare fuori 300 Na+ e dentro 200K+.
Il lavoro della pompa mantiene all’interno una concentrazione di Na+ inferiore che all’esterno e una concentrazione di K+ maggiore che all’esterno.
Nella cellula c’è anche una proteina che è un canale di fuga per il potassio che permette agli ioni potassio di uscire dalla cellula col favore della forte differenza di concentrazione creata dalla pompa. L’uscita degli ioni potassio aumenta l’elettronegatività all’interno e ciò ritarda progressivamente l’uscita di potassio.
Infine si raggiunge un equilibrio quando la velocità di uscita di potassio attraverso il canale è uguale alla velocità di afflusso mantenuta dalla pompa.
Gli ioni sodio che venivano buttati fuori dalla pompa vengono richiamati all’interno dal gradiente elettrico (negativo) e sembra che rientrino attraverso una proteina: o lo stesso canale di fuga del potassio o una simile a questo.
TRASPORTO ATTIVO DEGLI ZUCCHERI E DEGLI AMMINOACIDI ALL’INTERNO DELLE CELLULE ANIMALI
Si realizzano per mezzo di proteine vettrici o trasportatori di membrana.
Ci sono delle pompe in cui l’uscita del sodio non è compensata dall’entrata del potassio, quindi la pompa diventa elettrogenica (cioè generatrice di un potenziale elettrico). Il potenziale elettrico che si forma fornisce la forza motrice per trasportare altri soluti, ad esempio amminoacidi o zuccheri.
La membrana contiene una proteina che si lega con uno ione Na+ e con un amminoacido sulla superficie esterna. Il vettore tende a trasportare sodio dentro la cellula dato che fuori la concentrazione di sodio è più elevata.
Il legame e il trasporto del sodio possono avvenire solo se viene legato e trasportato anche l’amminoacido. Sospinto dall’alta concentrazione del sodio un amminoacido può essere pompato dentro (pompa elettrogenica) anche se la sua concentrazione è maggiore che fuori.
Il trasporto verso l’interno di Na+ accoppiato con quello di amminoacidi o zuccheri è detto cotrasporto.
ALTRI SISTEMI DI TRASPORTO ATTIVO
Una varietà di ioni inorganici, di purine, pirimidine, nucleotidi, vitamine e altre molecole organiche sono assunte dalle cellule per trasporto attivo.
Per esempio sono note le pompe che assicurano un rifornimento adeguato di ioni fosfato PO43-.Un altro esempio è quello dello ione calcio Ca++ da parte delle cellule intestinali che avviene grazie a un vettore la cui presenza avviene grazie alla vitamina D (infatti animali carenti di vitamina D avranno difficoltà a trasportare gli ioni calcio a livello dell’epitelio intestinale e manifesteranno una malattia detta rachitismo in cui la struttura ossea è indebolita per la carenza di Ca++).
Un altro esempio è fornito dalle cellule renali specializzate in particolare per il trasporto di Na+ e H2O (specializzazione che permette al rene di produrre urina ipertonica rispetto al sangue a ai fluidi tissutali).

Esempio



  



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