Fisiologia

Asimmetria nella distribuzione dei lipidi su i 2 foglietti della membrana: tra interno ed esterno.

Inoltre, si formano all'interno della membrana delle zone dette 'raft o zattere' ricche di

colesterolo, sfingolipidi vie

e proteine peculiari: spesso a livello di queste zone si sviluppano le

di trasduzione del segnale.

Quindi i lipidi hanno funzione:

- strutturale: formano l'impalcatura della membrana biologica

- segnale (DAG o Diacil glicerolo, IP3, acido arachidonico): Es: PIP2 (fosfatidil inositolo4,5

difosfato) attraverso la sottrazione di un'attività enzimatica che è la fosfolipasi C, viene scisso

DAG IP3

in e (inositolo 3 fosfato), 2 molecole importanti utilizzate come messaggeri

intracellulari.

IP3 è importante, controlla l'apertura e la chiusura dei canali del calcio (messaggero

secondario): cambiano la concentrazione

La seconda componente della membrana è data dalle proteine di membrana classificate in

struttura funzione;

base alla propria e alla propria sono l'elemento che più contraddistingue

una cellula dall'altra.

Le caratteristiche funzionali delle membrane dipendono dalle proteine che si trovano immerse

struttura

Dal punto di vista della sono separate in proteine:

- integrali di membrana -> attraversano tutta la membrana una o più volte;

- periferiche -> associate al lato extra o intracellulare;

- ancorate ai lipidi -> proteine che hanno una codina lipidica che prende contatto con le

membrane dei lipidi.

Un aspetto molto importante per le membrane riguardo alla permeabilità e al controllo della

composizione è dato dal fatto che molte delle proteine integrali di membrana, o associate al

citoscheletro actina:

foglietto intracellulare, sono legate a un fatto di citoscheletro

sottocorticale, una sorta di impalcatura sulla quale la cellula prende forma e dal quale regola

e controlla le proteine della membrana.

funzione 4 tipo di proteine:

Dal punto di vista della abbiamo

- proteine strutturali (presenti nel citoscheletro, come la miosina, caratterizzano le giunzioni

cellula-cellula e sono fondamentali nella formazione degli epiteli. Molecole di adesione cellula-

cellula e cellula-substrato e sono importanti per ancorare le cellule a dei subtrati): sono

fondamentali per determinare la struttura delle cellule e dei tessuti;

- enzimi

- recettori che trasducono segnali -> per tenere informata la cellula riguardo all'ambiente

circostante;

- canali e trasportatori -> proteine che controllano la permeabilità della membrana e

permettono il passaggio di sostanze tra l'esterno e l'interno della cellula?

IL TRASPORTO DI MEMBRANA:

- molte tossine bloccano i meccanismi di trasporto

- permeabilità di farmaci alle membrane biologiche

- farmaci che modulano i trasporti di membrana (es. Omeprazolo. Inibitore pompa protonica)

- resistenza ai farmaci: dobbiamo tener presente il meccanismo della permemabilità della

membrana perché, qualunque farmaco per interagire con la cellula deve prima interfacciarsi

con queste proteine e con la natura lipidica della membrana.

Chiariamo le unità di misure dei soluti:

23

. mole: 6x10 atomi o molecole

. peso di una sostanza: PesoMolecolare x N di moli

. molarità: N di moli / L di solvente (acqua)

. equivalente (Eq/L): quantità di soluto ionizzato (moli x valenza)/L

. pH : -log [H+] il ph plasmatico è di circa 7,4

. osmolarità (Osm/L): numero di particelle osmoticamente attive nelle quali il soluto si dissocia

per litro di solvere. 1 mole di glucosio è 1 osm/mol e 1 mole di NaCl che si dissocia in Na+ e Cl-

sono quindi 2 osm/mol (questo concetto è molto importante per capire come l'acqua si muova

all'interno delle membrane)

. osmolarità (Osm/Kg): espresso per kg e non per litro

Equilibrio osmotico: sia all'interno che all'esterno c'è un numero di particelle osmoticamente

uguali

attive ma la presenza di ioni e soluti sono diversi, inoltre la membrana è più o meno

permeabile a queste sostanze. (liquido extracellulare: liquido interstiziale) Gli ioni

principalmente presenti sono Na, K, Ca e Cl;

intracellulare ricco potassio povero sodio,

Lo spazio è di e di l'ambiente extracellulare è

opposto: +sodio,-potassio

proteonati fosfati

All'interno ci sono e (garantiscono mantenimento neutralità), all'esterno

cloro

invece c'è il .

Il Ca è più concentrato all'esterno che nel citosol, ma nel nucleo è concentrato in alcuni

organelli soprattutto nel reticolo sarcoplasmatico, ossia nel muscolo.

Vi sono dei gradienti di concentrazione ai due lati di membrana e affinchè ci siano questi

gradienti è necessario che vi siano dei sistemi di traporto: la differenza di concentrazione è

mantenuta costante all'interno della cellula ed è necessario che rimanga costante per il

funzionamento della cellula.

In un uomo l'organismo per il 60% è fatto di acqua che è distribuita per il 77% nei

compartimenti intracellulari e solo per il 33% nei fluidi extracellulari (spazio interstiziale +

plasma). I valori della tabella sono in 1000 Eq/L.

Il Na è più concentrato nell'ambiente extracellulare: concentrazione di 140 mmol, mentre nei

liquidi intracellulari è molto basso: 14 mmol.

In posizione opposta si trova il K con concentrazione all'esterno di 4 mmol, mentre all'interno è

120 mmol;

Il potassio controlla l'eccitabilità delle nostre cellule: ragione per cui dopo un'attività sportiva lo

dobbiamo reintegrare.

Il calcio è molto alto nell'ambiente extra (2,5 mmol), ma è 10 - 4 nel citosol poiché ci serviamo

delle oscillazioni di calcio per mandare segnali: piccolissime variazioni possano comportare un

grande segnale, (poco lavoro da parte della cellula)

Il sistema vivente (cellula) genera e mantiene le differenze di concentrazione ionica e di soluti

attraverso lavoro di trasporto. quantitativo

Se vogliamo introdurre il trasporto dal punto di vista diciamo che il flusso, ossia il

trasporto di una sostanza all'interno e all'esterno della membrana, è descritto dall'equazione

di Teorell (è un'equazione generale del trasporto): il flusso di una sostanza in soluzione libera

è direttamente proporzionale alla forza che lo genera per mezzo di una costante di

proporzionalità k: Ji = Ki x Fi

-1 -2

Ji = flusso = mol s x cm

Ki = costante di proporzionalità, dipende dalle caratteristiche del soluto (mobilità della

sostanza in esame, dimensioni, etc)

Fi = forza motrice, è la forza che sposta una mole di materiale

Il flusso, o trasporto di una sostanza attraverso le membrane biologiche, è indicato come moli

di sostanza che si spostano in un secondo per unità di membrana che è il cm2.

Le forze coniugate al flusso possono essere espresse come lavoro compiuto per spostare una

mole di soluto in un tratto unitario di percorso (gradiente di lavoro).

L'energia che si traduce in lavoro è:

- parte dell'energia libera del sistema, quindi energia intrinseca nel sistema (trasporto passivo)

- è fornita dal metabolismo (trasporto attivo)

TRASPORTO PASSIVO: l'energia che hanno già a disposizione

È un trasporto nel quale le molecole sfruttano : possono

sfruttare il gradiente chimico, elettrico o il gradiente di pressione a seconda delle diverse

condizioni.

Es: il Na, più concentrato all'esterno, ha un gradiente di concentrazione che va dall'esterno

all'interno; quindi, secondo gradiente di concentrazione può essere trasportato in modo passivo

verso l'interno.

Il trasporto passivo, intenso non in soluzione libera, ma attraverso le membrane si divide in 2

categorie:

diffusione semplice

1. diffusione facilitata

2.

Il movimento di molecole dalla regione più alla meno concentrata, secondo un gradiente di

diffusione

concentrazione, prende il nome di : è un movimento passivo ed è energeticamente

favorita e la velocità con la quale la molecola si muove è direttamente proporzionale al

gradiente di concentrazione: più è alto il gradiente di concentrazione più è alta la velocità alla

quale la molecola si muove.

PROPRIETÀ' DELLA DIFFUSIONE:

le molecole diffondono da una zona a maggior concentrazione verso zone a più bassa

1.

concentrazione;

più grande è la differenza di concentrazione e maggiore è la velocità delle molecole che

2.

diffondono;

Se riprendiamo l'equazione del flusso di Teorell

Ji = Ki x Fi

Se facciamo riferimento a una diffusione attraverso una soluzione liquida, abbiamo che il flusso

dipende dalla forza che in questo caso è la concentrazione della sostanza nell'ambiente di

partenza per mezzo di una costante che prende il nome di coefficiente di diffusione (misurato

2

in cm /s) che a sua volta è funzione della temperatura (più la temperatura è alta, maggiore è la

velocità di diffusione e tiene anche conto delle caratteristiche della molecola)

J = D x [C1]

1-2 2

D = cm /s = RT/Nf (R: costante dei gas, T: temperatura, N: n Avogadro, f: coeff. Attrito)

otteniamo che:

la diffusione è direttamente proporzionale alla temperatura

3. la diffusione è inversamente proporzionale alla dimensione molecolare

4. equilibranti:

Tutti i trasporti passivi si dice che che sono

J = J - J = D x (C1-C2)

netto 1-2 2-1

la diffusione delle molecole procede fino a quando la concentrazione è uguale in entrambi i

5.

lati della membrana: equilibrio dinamico

si raggiunge quindi un e il movimento delle molecole

continua senza spostamenti netti

la diffusione è rapida a breve distanza e molto lenta su scala macroscopica

6.

Quando alla fine andiamo a vedere il flusso netto, che è la differenza tra il flusso che va da 1 a

nullo

2 e da 2 a 1: è purché i due flussi siano identici. (flusso nullo, i movimenti ci sono ancora

ma lo spostamento è identico nelle due direzioni)

Questo meccanismo di diffusione passiva è molto usato dalle membrane e dagli organismi (es.

respirazione, passaggio di calore tra corpo ed esterno); meccanismo importante la cui velocità

però dipende dalla distanza da coprire. non

Il tempo è breve a cavallo delle membrane biologiche ma è il sistema prevalentemente

legge di Fick

utilizzato quando bisogna percorrere grandi distanze, perché c'è una seconda che

flusso è inversamente proporzionale alla distanza.

ci dice che il

Abbiamo però parlato della diffusione in un ambiente liquido, quale però n