Meccanismi di diffusione e trasporto attraverso le membrane cellulari

• la diffusione è il movimento causale e spontaneo delle molecole verso uno stato di equilibrio dinamico, cioè verso una distribuzione mediamente uniforme.

• una soluzione è in equilibrio quando le particelle di soluto sono distribuite uniformemente

• la diffusione avviene dalle zone a concentrazione più alta verso quelle a concentrazione più bassa

• in presenza di più soluti, la diffusione di ognuno di essi, è indipendente dagli altri

• i fattori dai quali dipende la velocità di diffusione sono:

il diametro delle molecole o degli ioni: le molecole più piccole si diffondono più velocemente

• la temperatura della soluzione: temperature più late fanno una diffusione più veloce

• gradiente di concentrazione: la differenza di concentrazione del soluto lungo una data direzione.

• La diffusione tramite membrane:

Se la soluzione è divisa in 2 compartimenti separati da una membrana, allora il movimento dei diversi soluti può dipendere dalle proprietà della membrana.

• se la membrana è permeabile: la membrana si fa attraversare dal soluto

• se la membrana è impermeabile: la membrana non si fa attraversare dal soluto

• se la membrana è semipermeabile (come la membrana plasmatica): la membrana non si fa attraversare da tutte le sostanze liberamente

• le sostanze che non l'attraversano, rimangono confinate all'interno di compartimenti separati, e la loro concentrazione ai lati della membrana può essere diversa

• le sostanze che l'attraversano, si diffondono da un compartimento all'altro finché non raggiungono la stessa concentrazione, e quindi l'equilibrio.

Meccanismi di diffusione nella cellula

Nella cellula ci sono 3 meccanismi di diffusione:

1. diffusione semplice

1) è il passaggio secondo gradiente di piccole molecole attraverso il doppio strato di fosfolipidi di una membrana

2) le molecole piccole, idrofobiche, liposolubili o polari, attraversano facilmente il doppio strato

3) le molecole più grandi, polari o con carica elettrica non attraversano facilmente le membrane perché:

i. le cellule sono costituite prevalentemente di acqua e le molecole polari tendono a formare legami a idrogeno con l'acqua, ostacolando il passaggio attraverso la membrana

ii. le molecole polari o cariche non sono molto solubili nella regione idrofobica interna del doppio strato

2.

Osmosi e sue caratteristiche

Osmosi: è il passaggio dell'acqua attraverso la membrana

1) l'osmosi è un meccanismo di diffusione passivo

2) 2 concetti da ricordare:

i. ai 2 lati della membrana, l'acqua è sempre mescolata con diversi soluti: la concentrazione dei soluti è inversamente proporzionale alla concentrazione dell'acqua

ii. la maggior parte dei soluti non diffonde liberamente attraverso la membrana

3) concentrazione ipertonica: soluzione in cui la concentrazione del soluto è maggiore

4) concentrazione ipotonica: soluzione in cui la concentrazione del soluto è minore

i. se ho due soluzioni una ipertonica e l'altra ipotonica, separate da una membrana permeabile all'acqua, le molecole dell'acqua si diffonderanno dalla soluzione ipotonica a quella ipertonica, finché la concentrazione del soluto diventa uguale in entrambi le parti

5) la direzione dell'osmosi è determinata dalla differenza di concentrazione totale dei soluti

6) L'acqua attraversa la membrana in entrambi le direzioni

7) soluzioni isotoniche: soluzioni con la concentrazione identica dei soluti

8) la direzione dell'osmosi è determinata dalla concentrazione dei soluti nell'ambiente extracellulare

9) la regolazione della concentrazione di soluto nei liquidi corporei è importante per gli organismi privi di parete cellulare

10) negli organismi vegetali, la parete cellulare limita il volume della cellula impedendole di scoppiare e all'interno di essa si forma una pressione chiamata TURGORE (e mantiene le piante in posizione verticale)

11) se la piante perde troppa acqua, la membrana plasmatica si stacca dalla parete cellulare causando la morte cellulare

3.

Diffusione facilitata e trasporto attivo

Diffusione facilitata: è il passaggio di una sostanza secondo gradiente per mezzo di specifiche proteine. Può avvenire in 2 modi:

1) con i canali proteici: sono proteine integrali che presentano un poro centrale.

i. la superficie interna del canale è tappezzata da amminoacidi polari

ii. la superficie esterna è ricca di amminoacidi apolari

iii. in seguito al legame con la molecola segnale, il poro centrale si può aprire facendo passare le molecole polari idrofile

iv. un esempio sono:

a) i canali ionici: regolano il flusso in entrata e uscita di ioni

b) le acquaporine: controllano il passaggio dell'acqua quando ne deve passare in maggiore quantità in entrata o uscita. Queste si aprono, rendendo la membrana plasmatica più permeabile all'acqua.

Le molecole di acqua le attraversano in fila indiana e gli ioni vengono esclusi

2) con le proteine di trasporto: esse consentono la diffusione di molecole polari in entrambe le direzioni e accelerano la diffusione

Questi 3 meccanismi hanno in comune 2 caratteristiche:

1) avvengono secondo gradiente, ovvero dalla zona con concentrazione maggiore verso quella a concentrazione minore

2) sono meccanismi di trasporto passivo, ovvero non richiedono energia (NON consuma ATP)

• il trasporto attivo: è il passaggio di una o più sostanze contro gradiente, ovvero passando dalla zona a concentrazione minore a una zona a concentrazione maggiore. Ciò comporta un dispendio di energia, ovvero il consumo dell'ATP.

ci sono 3 modalità di trasporto attivo:

1) uniporto: se la proteina di trasporto trasferisce 1 sostanza in 1 direzione

2) simporto: se la proteina di trasporto trasferisce 2 sostanze in 1 direzione

3) antiporto: se la proteina di trasporto trasferisce 2 SOSTANZE in 2 DIREZIONI OPPOSTE