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Il trasporto mediante vescicole, che richiede l’impiego di ATP, riguarda alcune sostanze che non sono in grado di attraversare la membrana plasmatica per trasporto passivo o per trasporto attivo. Il trasporto mediante vescicole porta sostanze fuori e dentro la cellula senza far loro attraversare realmente la membrana plasmatica. I due tipi di trasporto mediante vescicole sono l’esocitosi e l’endocitosi. L’esocitosi («fuori dalla cellula») porta sostanze fuori dalla cellula ed è il mezzo con cui le cellule secernono attivamente ormoni, muco o altri prodotti cellulari, oppure espellono prodotti di rifiuto della cellula. Il prodotto da liberare all’esterno della cellula viene inizialmente «impacchettato» in un piccolo sacco, o vescicola, di membrana. La vescicola migra verso la membrana plasmatica e si fonde con essa. La regione di fusione si apre e lascia uscire il contenuto della vescicola nell'ambiente extracellulare. L'endocitosi («dentro alla cellula») comprende quei processi richiedenti ATP che inglobano materiali extracellulari racchiudendoli in una vescicola membranosa. Una volta formatasi, la vescicola si stacca dalla membrana plasmatica e si sposta all'interno del citoplasma, dove si fonde con un lisosoma e il suo contenuto viene digerito (dagli enzimi lisosomiali). Se le sostanze inglobate sono particelle relativamente grandi, come batteri o cellule morte, che la cellula ha assunto dall'ambiente extracellulare emettendo espansioni citoplasmatiche dette pseudopodi, il processo di endocitosi è più specificamente definito fagocitosi, un termine che indica l'atto di «mangiare» della cellula. Ceni leucociti e altri fagociti «professionisti» dell'organismo agiscono come cellule «spazzine» che presidiano e proteggono l'organismo ingerendo batteri e altri detriti estranei. Quindi la fagocitosi è un meccanismo di protezione e non un mezzo per assumere materiali nutrititi. Se diciamo che le cellule possono «mangiare», possiamo anche dire che possono «bere». In questa forma di endocitosi, la pinocitosi (il «bere» della cellula), la cellula «inghiotte» gocciolino di liquido extracellulare. La membrana plasmatica si invagina formando una minuta fossetta, che diviene sempre più profonda, fino a fondere i suoi margini attorno alla gocciola di liquido extracellulare che contiene in soluzione proteine o lipidi. A differenza della fagocitosi, la pinocitosi è un'attività di routine della maggior parte delle cellule. È particolarmente importante nelle cellule che hanno funzioni di assorbimento (per esempio, nelle cellule di rivestimento dell'intestino tenue). L'endocitosi mediata da recettori è il principale meccanismo con cui le cellule assumono specifiche molecole bersaglio. In questo processo le proteine recettrici della membrana plasmatica si legano soltanto con determinate sostanze. I recettori con le loro molecole bersaglio, che hanno legato in elevata concentrazione, sono portati all'interno della cellula in una vescicola. Le sostanze introdotte per endocitosi mediata da recettori comprendono enzimi, alcuni ormoni, il colesterolo e il ferro. Sfortunatamente anche i virus dell'influenza utilizzano questa via per entrare nelle nostre cellule e attaccarle.

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