Concetti Chiave
- Le cellule sono circondate da una membrana plasmatica e contengono organelli come il nucleo e i mitocondri, ciascuno delimitato da una membrana.
- Le membrane biologiche sono costituite da un doppio strato lipidico di fosfolipidi, che conferisce loro fluidità e plasticità grazie alla presenza di colesterolo.
- La membrana plasmatica regola il passaggio di molecole nutritive e prodotti di scarto, impedendo l'ingresso di sostanze indesiderate e microrganismi.
- La regolazione dello scambio di sostanze è essenziale per l'assunzione di nutrienti e la ricezione di segnali ormonali che attivano risposte cellulari.
- La comunicazione cellulare avviene attraverso meccanismi come l'azione endocrina, paracrina, neuronale e autocrina, che coinvolgono l'interazione tra molecole segnale e recettori specifici.
Struttura delle cellule
Le cellule sono delimitate da una membrana plasmatica, contengono citosol e una serie di organelli, anch’essi delimitati da una membrana: nucleo, lisosoma, mitocondri, reticolo endoplasmatico, apparato di Golgi, vescicole…
Composizione delle membrane biologiche
Le membrane biologiche sono composte da un doppio strato lipidico (fosfolipidi = esteri di acidi grassi con gruppi fosfato. Presentano una testa carica volta verso la superficie e catene grasse che si fronteggiano verso l’interno), con spessore di 5 nm, al cui interno si trovano delle molecole proteiche e altre sostanze, come il colesterolo, che “nuotano” all’interno del doppio strato. Il colesterolo conferisce le caratteristiche di plasticità e fluidità alla membrana, ed è per questo indispensabile.
Qual è la funzione della membrana plasmatica?
La membrana plasmatica è deputata alla regolazione dei passaggi di molecole, percepite come segnali, tra l’interno e l’esterno della cellula. Il meccanismo tramite il quale la membrana opera questo filtro è di tipo chimico: le molecole che dal punto di vista chimico-fisico riescono a passare attraverso lo strato lipofilo dei fosfolipidi possono entrare nella cellula, mentre le molecole molto cariche e/o polari “preferiscono” rimanere nello spazio acquoso dell’ambiente extracellulare (o intracellulare) e non attraversano la membrana.
Le molecole che generalmente entrano o escono dalla cellula sono:
- Molecole nutritive = entrano facilmente nella cellula
- Prodotti metabolici di scarto = escono dalla cellula
I componenti intracellulare (organelli, citosol) non devono fuoriuscire dalla cellula e le molecole indesiderabili, compresi i microrganismi, non vi devono entrare. Siccome i farmaci vengono generalmente riconosciute come molecole ignote dalla cellula, il problema di far attraversare dal farmaco la membrana cellulare è un problema di grande rilevanza.
Regolazione dello scambio di sostanze
I motivi per cui la cellula deve regolare lo scambio di sostanze con l’esterno sono essenzialmente due:
1. Favorire l’entrata di zuccheri, amminoacidi, grassi e altri nutrienti
2. Favorire l’entrata di molecole segnale/ormoni per ricevere segnali che raggiungono il nucleo.
Le molecole che possono attivare un segnale all'interno della cellula possono essere: antigeni, molecole del sistema immunitario, neurotrasmettitori, fattori di crescita, ormoni steroidei, ormoni sessuali, glucocorticoidi, stimoli meccanici, stimoli luminosi, stimoli termici…
Il segnale arriva dall’esterno della cellula (generalmente), riconosce una proteina trasmembranale (GPCR, recettore ionotropico…), si verificano poi degli eventi intracellulari (attivazione di enzimi, passaggio di ioni…), successivamente si ha l'attivazione/inibizione di fattori di trascrizione o di proteine del citoscheletro… ecc. --> risposta cellulare.
I farmaci possono interagire a ciascuno di questi livelli: primo step di riconoscimento della molecola segnale con il recettore, bloccare il segnale a livello delle proteine intracellulari o delle proteine bersaglio.
1. Endocrina : un ormone viene secreto da un organo/ghiandola, entra nel circolo sanguigno e raggiunge un organo bersaglio lontano della ghiandola/organo che l’ha secreto.
2. Paracrina : la molecola segnale viene secreta da una certa tipologia cellulare e agisce su una cellula fisicamente vicina a quella che l’ha secreta.
3. Neuronale : avviene a livello del sistema nervoso centrale quando il neurone pre-sinaptico interagisce con il neurone post-sinaptico. È una tipologia di comunicazione paracrina.
4. Autocrina : la cellula secerne una molecola segnale che agisce su un recettore posto sulla cellula stessa che l’ha secreto. Questo meccanismo fornisce la regolazione a feedback negativo dell’attività cellulare = sistema modulatore, ad esempio per impedire la over-stimolazione di una cellula.
Domande da interrogazione
- Qual è la composizione fondamentale delle membrane biologiche?
- Qual è il ruolo principale della membrana plasmatica?
- Perché è importante regolare lo scambio di sostanze con l'esterno?
- Come avviene la comunicazione cellulare attraverso le molecole segnale?
- In che modo i farmaci possono influenzare la comunicazione cellulare?
Le membrane biologiche sono costituite da un doppio strato lipidico di fosfolipidi, con molecole proteiche e colesterolo che conferiscono plasticità e fluidità, essenziali per la loro funzione.
La membrana plasmatica regola il passaggio di molecole tra l'interno e l'esterno della cellula, permettendo l'ingresso di nutrienti e l'uscita di prodotti di scarto, mentre impedisce l'ingresso di molecole indesiderabili.
La cellula deve regolare lo scambio per favorire l'entrata di nutrienti essenziali e molecole segnale/ormoni, che sono cruciali per la comunicazione e la risposta cellulare.
La comunicazione avviene quando una molecola segnale riconosce un recettore trasmembranale, attivando eventi intracellulari che portano a risposte cellulari, come l'attivazione di enzimi o fattori di trascrizione.
I farmaci possono interagire a vari livelli della comunicazione cellulare, dal riconoscimento della molecola segnale con il recettore fino all'inibizione di segnali intracellulari, influenzando così la risposta della cellula.
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