Riassunto esame Biologia vegetale, Prof. Giordani Paolo, libro consigliato Biologia delle piante. Vol. 1: Evoluzione sviluppo metabolismo, A.M. smith

CELLULARE

Meccanismi che regolano le funzioni di membrana:

La membrana è l'organulo dinamico, non tutte le sostanze sono distribuite equamente all'interno della cellula; infatti, i valori di concentrazione delle varie sostanze cambiano, dall'interno all'esterno della cellula.

Questi squilibri elettrici generano una differenza di voltaggio nella membrana, detta potenziale di membrana.

La membrana cellulare è costituita da un doppio strato fosfolipidico che risulta impermeabile alle sostanze cariche e permeabile alle molecole idrofobiche o piccole, le sostanze piccole ma cariche passano meno facilmente mentre, quelle molecole grandi ma cariche non sono in grado di attraversare la membrana cellulare.

Ci sono molti meccanismi che consentono e controllano l'ingresso delle sostanze dall'esterno all'interno della cellula.

Meccanismi che sono indicati come attività di trasporto, si basano su principi fisici differenti:

Diffusione semplice: permette

Il passaggio di sostanze in grado di attraversare liberamente la membrana avviene attraverso:

• Trasporto di molecole mediati da canali: permette il passaggio di ioni carichi
• Trasporto di molecole mediato da trasportatori: permette il passaggio di ioni carichi, ma anche di molecole di grandi dimensioni non necessariamente cariche, come ad esempio il glucosio.

Ci sono due tipologie di trasporto:

• Trasporto passivo: quando non c'è consumo di energia, ma si sfruttano i diversi tipi di gradienti.
• Trasporto attivo: quando c'è consumo di energia, ottenuta dalla fosforilazione ossidativa. Avere a disposizione energia permette alla cellula di avere notevoli vantaggi, come svolgere attività che vanno contro la normale direzione di una reazione spontanea.

Nel caso di una molecola priva di carica elettrica, la direzione del trasporto passivo dipende esclusivamente dal suo gradiente di concentrazione.

Nel caso di molecole dotate di carica elettrica, siano esse molecole cariche positivamente o negativamente, il trasporto passivo dipende sia dal gradiente di concentrazione che dal gradiente elettrico.

la direzione e la velocità del movimento del soluto attraverso la membrana. Per comprendere meglio come avviene il trasporto dei soluti attraverso la membrana, è importante considerare i diversi meccanismi di trasporto che possono essere coinvolti. Uno di questi meccanismi è la diffusione semplice, che avviene quando i soluti si spostano attraverso la membrana in base al loro gradiente di concentrazione, senza l'intervento di proteine di trasporto. Questo tipo di trasporto è tipico per i soluti non carichi o per quelli piccoli e non polari. Un altro meccanismo di trasporto è la diffusione facilitata, che avviene quando i soluti si spostano attraverso la membrana con l'aiuto di proteine di trasporto specifiche. Queste proteine possono essere canali ionici, che permettono il passaggio selettivo di ioni attraverso la membrana, o trasportatori, che legano specificamente i soluti e li traslocano attraverso la membrana. Un terzo meccanismo di trasporto è l'endocitosi ed esocitosi, che avviene quando la membrana cellulare forma delle vescicole per inglobare o rilasciare grandi molecole o particelle. Questo tipo di trasporto è tipico per il trasporto di macromolecole come proteine o lipidi. Infine, esiste anche il trasporto attivo, che avviene contro il gradiente di concentrazione e richiede l'energia fornita dall'idrolisi dell'ATP. Questo tipo di trasporto è fondamentale per il mantenimento del potenziale di membrana e per il trasporto di sostanze contro il loro gradiente di concentrazione. In conclusione, il trasporto dei soluti attraverso la membrana cellulare avviene attraverso diversi meccanismi, che dipendono dalla natura dei soluti e dalle condizioni cellulari. Questi meccanismi permettono alla cellula di regolare il suo ambiente interno e di scambiare sostanze con l'esterno, garantendo così la sua sopravvivenza e funzionalità.La direzione del trasporto passivo attraverso la membrana. Per alcuni ioni, la differenza di voltaggio e il gradiente di concentrazione spingono nella stessa direzione, generando un gradiente elettrochimico piuttosto ripido. È il caso dello ione Na+, che ha una carica positiva ed è maggiormente concentrato all'esterno della cellula rispetto all'interno. Tende quindi a entrare, se ne ha la possibilità. Al contrario, se la differenza di potenziale e la concentrazione hanno effetto opposto, può darsi che il gradiente elettrochimico risultante sia basso. È il caso del K+, un ione positivo la cui concentrazione è maggiore all'interno della cellula. A causa del suo basso gradiente elettrochimico all'interno della membrana cellulare, lo spostamento netto dello ione attraverso la membrana è modesto anche quando i canali per il K+ sono aperti. Le cellule sono composte per la maggior parte di acqua (circa il 70% del loro volume).

peso). Essendo piccole e prive di carica, le molecole d'acqua sono in grado di diffondersi direttamente attraverso il doppio strato lipidico, anche se lentamente.

Alcune cellule, tuttavia, contengono nella membrana cellulare anche proteine canale specializzate dette acquaporine, che facilitano enormemente il passaggio di queste molecole.

Pertanto, la concentrazione totale dei soluti all'interno della cellula, dettageneralmente è superiore alla concentrazione del soluto all'esterno della cellula.

Il gradiente osmotico risultante tende ad attrarre l'acqua all'interno della cellula. Il movimento dell'acqua secondo il proprio gradiente di concentrazione, ovvero da un'area di bassa concentrazione del soluto (elevata concentrazione d'acqua) verso un'area di concentrazione elevata del soluto (bassa concentrazione d'acqua) è detto osmosi.

Le cellule per tenere sotto controllo la pressione osmotica, ottenendo così un equilibrio osmotico,

è alta. Questo processo richiede energia e viene chiamato trasporto attivo. Un esempio di trasportatore che svolge questa funzione è la pompa sodio-potassio, che trasporta ioni sodio all'esterno della cellula e ioni potassio all'interno, contro il loro gradiente di concentrazione. I canali ionici, invece, sono proteine che formano pori nella membrana cellulare, permettendo il passaggio selettivo di specifici ioni. Questi canali possono essere aperti o chiusi, a seconda delle condizioni cellulari. Quando sono aperti, gli ioni possono fluire attraverso di essi, seguendo il loro gradiente di concentrazione. Questo processo è chiamato trasporto passivo, poiché non richiede energia. Inoltre, esistono anche trasportatori che permettono il passaggio di molecole più grandi, come gli zuccheri o gli amminoacidi. Questi trasportatori sono chiamati trasportatori di membrana o carrier e possono essere specifici per un determinato soluto o possono essere più generalisti. In conclusione, i trasportatori e i canali ionici sono fondamentali per il corretto funzionamento delle cellule, consentendo il passaggio selettivo di sostanze attraverso la membrana cellulare.è alta. Da un punto di vista di capacità selettiva, trasferire una sostanza magari che ha un'elevata concentrazione dall'esterno all'interno della cellula necessita però di alcuni parametri estremamente importanti. In primo luogo, la cellula deve costruire dei passaggi che siano adeguati a quella specifica sostanza. Nel caso del passivo dei canali. I canali interagiscono con il soluto da trasportare molto più debolmente. Essi formano pori acquosi che si estendono attraverso il doppio strato lipidico; quando questi pori sono aperti, permettono il passaggio attraverso di essi di soluti specifici (in genere ioni inorganici di dimensioni e carica appropriate) e quindi l'attraversamento della membrana. La quantità di ioni, di sostanza che viene trasferita in poco tempo è enorme. Vengono trasferiti più di milioni di ioni al secondo attraverso questi canali. Ci possono essere poi dei trasportatori tipicamente per sostanze ditrasporto secondo gradiente di un altro soluto

Pompe fotoalimentate3. : presenti soprattutto nelle cellule batteriche, utilizzano l'energia proveniente dalla luce solare per il trasporto contro gradiente (es labatteriorodopsina)

Esiste una condizione particolare in cui ciascun trasportatore, può essere in una conformazione chiusa o in una conformazione aperta; chiaramente solo nella conformazione aperta farà passare le sostanze attraverso la struttura di poro che ha generato. Questo consente alla cellula di controllare le quantità di materiali che possono essere attivamente scambiate.

Possiamo definire due tipologie di trasporto:

UNIPORTO quando le molecole da trasportare sono di un unico tipo e viaggiano verso un'unica direzione, da una zona ad alta concentrazione a una zona con bassa concentrazione.

TRASPORTO ACCOPPIATO quando l'attività di trasporto è di due sostanze in contemporaneamente.

Questo trasferimento accoppiato di più

sostanze può essere diviso a sua volta in due tipologie di meccanismi:

SIMPORTO: lungo la stessa direzione. Le due sostanze trasferite vengono portate nella stessa direzione (all'interno o l'esterno).

ANTIPORTO: le sostanze vengono portate in direzioni opposte. Il cambio conformazionale del trasportatore, nello stesso momento, trasferisce una sostanza in una direzione e una sostanza nell'altra.

Il trasferimento attraverso i trasportatori non comporta consumo di energia. Tuttavia, per rendere possibile l'entrare della sostanza al trasportare, c'è bisogno di un cambio conformazionale del trasportatore.

Il legame tra la molecola da trasportare e il trasportatore proteico cambia la conformazione del trasportatore, che libera la molecola. Molto spesso, in assenza di energia, il trasportatore può recuperare una molecola da portare all'interno grazie alla pressione esercitata dal gradiente di concentrazione.

Possiamo vedere qua riportato un

esempio di cambio conformazionale, il trasportatore mostrato può trovarsi in due stati conformazionali: nello stato A i siti di legame per il soluto sono esposti all'esterno del doppio strato lipidico; nello stato B gli stessi siti sono esposti sull'altro lato del doppio strato. La transizione fra i due stati può avvenire a caso, è completamente reversibile e non dipende dal fatto che il sito del soluto sia occupato. Perciò, se la concentrazione del soluto è maggiore all'esterno del doppio strato, più soluto si lega al trasportatore nella conformazione A che in quella B e c'è un trasporto netto di soluto lungo il suo gradiente di concentrazione (o, se il soluto è uno ione, lungo il suo gradiente elettrochimico). Se