Membrane biologiche (2)

Alcuni principi fondamentali

1) le cellule devono essere vive e metabolicamente attive;

2) le molecole d’acqua e i gas disciolti penetrano molto rapidamente attraverso tutte le membrane

cellulari;

3) le molecole idrofile, neutre, penetrano nella cellula a velocità inversamente proporzionali alle loro

dimensioni (modello del setaccio molecolare);

4) la penetrazione di sostanze idrofobiche è direttamente proporzionale alla loro liposolubilità (modello

lipidico).

Meccanismi di trasporto [il trasporto di sostanze può essere di 2 tipologie: attivo e passivo; 3 sono i

meccanismi con i quali le sostanze attraversano la membrana].

Trasporto passivo: si parla di trasporto passivo quando le sostanze riescono ad attraversare la

 membrana cellulare liberamente e senza spesa di energia da parte della cellula.

-Diffusione semplice: nella diffusione semplice molecole molto piccole e sostanze idrofobe

attraversano la membrana liberamente, senza l’ausilio di sistemi proteici. La velocità di questo

processo dipende dal gradiente di concentrazione: maggiore è il gradiente, cioè maggiore è la

differenza di concentrazione tra interno ed esterno, più veloce è il processo.

-Diffusione facilitata: nella diffusione facilitata le molecole attraversano la membrana aiutate da

proteine di trasporto, che ne facilitano e velocizzano il passaggio.

Trasporto attivo: si parla di trasporto attivo quando una sostanza riesce ad attraversare il doppio

 strato lipidico, attraverso alcune proteine di trasporto che agiscono come pompe, solo impiegando

una certa quota di energia normalmente fornita dall’ATP.

Endocitosi ed esocitosi: quando materiali di grandi dimensioni devono attraversare la membrana, come

cellule estranee, aminoacidi e proteine, la cellula utilizza meccanismi come:

L’endocitosi [processo con il quale la membrana cellulare s'invagina verso l'interno della cellula e le

 vescicole portano dentro materiali estranei] (che si divide in):

Fogocitosi [nel caso in cui vengano trasportate sostanze solide il processo prende il nome di

o fagocitosi]

Pinocitosi [nel caso in cui siano trasportate sostanze liquide il processo prende il nome

o di pinocitosi]

Endocitosi mediata da recettore [processo con il quale le proteine, che si trovano sulla superficie di

 membrana, riconoscono, in maniera molto selettiva, le sostanze da trasportare/ingerire. Ad opera

poi di terze proteine avviene l’invaginazione della membrana].

L’esocitosi [processo con il quale la membrana si estroflette a formare vescicole che portano

 materiali dall’interno della cellula verso l'esterno].

In ogni caso le sostanze vengono inglobate dentro minuscole sacche (vescicole) che si staccano dalla

membrana plasmatica o si fondono con essa. Quando le vescicole si aprono, le sostanze sono rilasciate dal

lato opposto della membrana.

IL RETICOLO ENDOPLASMATICO

[ il (RE) è la continuazione dell’involucro nucleare] [è un sistema di canali allineati a membrane e

interconnessi tra loro, situato all'interno del citoplasma. Questi canali assumono varie forme, tra cui quelle di

cisterne (sacchi appiattiti), tubuli e vescicole] si divide in:

Reticolo endoplasmatico ruvido o rugoso (RER)( ha molti ribosomi associati alla membrana che gli

 conferiscono, appunto, un aspetto rugoso).

I ribosomi sono costituiti da due sub unità: maggiore e minore. Le due sub unità sono sintetizzate nel nucleo

e trasportate nel citoplasma, dove sono assemblate in ribosomi. I ribosomi sono particelle costituite da

proteine e RNA. Possono essere liberi nel citosol o legati al RE. Sono i siti in cui gli amminoacidi si legano tra

loro per formare le proteine. I ribosomi attivamente coinvolti nella sintesi delle proteine sono riuniti in

aggregati chiamati polisomi o poliribosomi.

Reticolo endoplasmatico liscio (REL) (privo di ribosomi. L'assenza di ribosomi indica che quella

 porzione di reticolo non sintetizza proteine ma è adibita ad altri scopi) le cui funzioni sono:

1. Sintesi di lipidi con formazione di liposomi [vescicole delimitate da una semimembrana (unico

strato di fosfolipidi) e contenenti lipidi].

2. Partecipazione al metabolismo dei carboidrati.

L’APPARATO DI GOLGI

{e’ costituito da unità funzionali definite dittosomi (tratti di membrana chiusi a formare vescicole dette

cisterne impilate tra loro)} Le sue funzioni sono:

Sintesi, elaborazione e secrezione ( i corpi del Golgi sono coinvolti nei processi di secrezione che,

 nelle piante, consistono principalmente nella sintesi e nella secrezione dei polisaccaridi non

cellulosici della parete cellulare) (sono elaborate e secrete anche glicoproteine trasferite dal

reticolo endoplasmatico ruvido).

Modificare, immagazzinare temporaneamente e trasferire verso la destinazione definitiva i prodotti

 del reticolo endoplasmatico

L’apparato di Golgi è dotato di polarità: una faccia cis o di formazione, associata alla porzione liscia del

reticolo endoplasmatico, e una faccia trans o di maturazione rivolta verso la membrana plasmatica e alla

quale sono associate le vescicole di secrezione. Le proteine, modificate all’interno del reticolo

endoplasmatico, vengono trasferite, probabilmente per mezzo di vescicole rivestite, alle membrane della

faccia cis dell’apparato di Golgi. Qui subiscono ulteriori e differenti modifiche dei loro legami covalenti e

assumono la forma matura e definitiva che ne indicherà il destino cellulare. A questo stadio, le proteine

modificate vengono allontanate dalla faccia trans dell’apparato di Golgi, attraverso un processo di

estrusione selettiva, e dirette verso le differenti destinazioni intracellulari ed extracellulari. Il processo di

smistamento delle proteine è coadiuvato dalle vescicole che, grazie alla loro capacità di spostarsi

all’interno della cellula e attraverso le membrane, sono coinvolte nel trasporto delle proteine da una

localizzazione cellulare all’altra.

CITOSCHELETRO

E’ un reticolo di vari tipi di proteine che ha la funzione di:

Dislocazione degli organelli cellulari all’interno della cellula.

 Processi di formazione della parete.

 Divisione delle cellule.



Esso è costituito da:

Microfilamenti (formati da monomeri di actina).



I filamenti di actina sono costituiti da molecole di actina disposte a formare lunghi filamenti. Pertanto sono

chiamati anche microfilamenti. Sono strettamente associati ai microtubuli e possono assumere diverse

configurazioni. Possono, inoltre, formare fasci.

Le loro funzioni sono:

1. Determinano i movimenti del nucleo e degli altri organelli.

2. Sono coinvolti nei processi di secrezione mediati da vescicole.

3. Partecipano all’organizzazione delle correnti citoplasmatiche.

4. Filamenti intermedi (formati da proteine fibrose).

5. Microtubuli (formati da un dimero di tubulina ovvero un monomero di alpha-tubulina e un

monomero di beta-tubulina).

Microtubuli sono strutture cilindriche cave costituite da subunità di tubulina disposte a elica. Sono

 coinvolti nelle fasi di divisione, distensione e differenziamento cellulare. Durante la mitosi e la meiosi

costituiscono le fibre del fuso e sono fondamentali per il movimento dei cromosomi. Determinano il

movimento delle vescicole dei dittiosomi. Nelle cellule vegetali sono quindi coinvolte nella

formazione della parete.

VACUOLO

In alcuni punti della cellula, il RE si richiude a formare compartimenti isolati in cui avvengono specifiche

funzioni metaboliche.

Nelle cellule animali, ad alcune di queste vescicole è stato assegnato un nome per identificare la

 funzione svolta: lisosomi, gliossisomi, perossisomi, vacuoli ecc.

Lisosomi: vescicole che contengono enzimi digestivi.

 Gliossisomi: vescicole che servono per convertire i grassi in zuccheri.

 Perossisomi: vescicole addette all’attività catalasica.



Nelle cellule vegetali tutte le vescicole membranose sono di solito classificate come vacuoli. Nei vacuoli

 si svolgono quindi funzioni diverse. I vacuoli sono regioni della cellula delimitate da una membrana

singola che prende il nome di tonoplasto. All’interno è racchiuso il succo vacuolare, il quale può

contenere carboidrati, sali di acidi organici ed inorganici in soluzione o in forma cristallina; amminoacidi

e proteine, composti tossici e metaboliti secondari.

Lo sviluppo dei vacuoli si divide in due momenti:

1. La cellula giovane contiene numerosi piccoli vacuoli.

2. La cellula matura si costituisce di un unico grande vacuolo.

La funzione svolta dal vacuolo dipende dal tipo di sostanza che racchiude:

1. Se al suo interno abbiamo zuccheri, lipidi o saccarosio la sua funzione sarà di accumulo di

metaboliti di riserva.

2. Se al suo interno abbiamo rifiuti di scarto, il suo compito sarà quello di isolare i metaboliti di scarto.

3. Funzione enzimatica.

4. Sostegno e distensione cellulare.

OSMOSI

L’osmosi è quel fenomeno per cui si assiste al movimento di acqua da una soluzione più diluita ad una

soluzione più concentrata, attraverso una membrana semipermeabile [membrana che permette il

passaggio del solvente (per esempio l’acqua) ma non di determinati soluti (per esempio zuccheri e

proteine)]. Il fenomeno dell’osmosi è fondamentale per le cellule. Per effetto dell’osmosi una cellula messa:

1. In ambiente ipotonico l’acqua entra e la cellula diventa turgida; [in ambiente ipotonico la

tendenza dell’acqua a entrare nella cellula è bilanciata dalla pressione della parete; se la parete

cellulare non riesce più ad opporre resistenza, la cellula scoppia e questo ne provoca un processo

irreversibile].

2. In ambiente isotonico la quantità di acqua che entra è uguale a quella che esce e questo è il caso

della cellula normale; [turgore appassimento = situazione reversibile].



3. In ambiente ipertonico l’acqua esce e la cellula diventa flaccida; [con conseguente perdita di

turgore e poi la morte della cellula in seguito alla plasmolisi fenomeno che porta al distacco del

plasmalemma dalla parete cellulare e quindi si stacca dalla connessione con le altre cellule, questo

ne provoca un processo irreversibile].

Scoppio ← Turgore Appassimento → Plasmolisi



Il turgore cellulare ha svariati scopi

1. Serve per mantenere la cellula turgida.

2. Serve per farla crescere e distendere (aumentare il volume).

3. Serve per il meccanismo di apertura e chiusura degli stomi.

4. Serve per far avvenire il movimento dell’intera pianta.

5. Serve per il sostegno (per mantenere la pianta in maniera verticale).

MITOCONDRI [organello cellulare insieme al nucleo e ai plastidi → cloroplasti]

Il mitocondrio è uno degli organelli a doppia membrana (quella interna si ripiega a formare le creste

mitocondriali, la cui frequenza varia a seconda dello stato fisiologico della cellula e del suo livello

metabolico); {un sistema a doppia membrana che delimita i cloroplasti e quello dei mitocondri, può essere

originato quando un procariote predatore ha fagocitato una seconda cellula procariote}.

I mitocondri sono considerati la centrale energetica della cellula in quanto sono la sede di alcune fasi

fondamentali della respirazione cellulare. Essi hanno anche una funzione secondaria ovvero quella di sintesi

autonoma di alcune proteine.

I mitocondri generalmente hanno forma a fagiolo oppure forma variabile e continuamente ruotano, si

contraggono, si spostano dove vi è più richiesta di energia.

La matrice contiene DNA mitocondriale, RNA, ribosomi mitocondriali e vari soluti.

I mitocondri si moltiplicano per scissione; questo porterà alla formazione di due mitocondri.

Respirazione cellulare



Reazione globale della respirazione cellulare → C H O + 6O → 6CO + 6H O + 36 ATP

6 12 6 2 2 2

La respirazione cellulare si divide sostanzialmente in tre momenti:

1. Produzione di acetil-coa (glicolisi = avviene al di fuori del mitocondrio ovvero nel citosol; il glucosio

per entrare nel mitocondrio attraversa i due bilayer mediante una proteina di trasporto; nel

momento in cui entra, si trasforma in CO )

2

Nel primo stadio le molecole organiche, come il glucosio, vengono trasformate in acetil-coa