Appunti Biologia

IL TRASPORTO DI MEMBRANA

Le membrane cellulari sono strutture semipermeabili, fanno passare pertanto in maniera selettiva alcune molecole piuttosto che altre e con modalità molto diverse a seconda delle caratteristiche chimiche. Il trasporto può essere attivo o passivo. Il trasporto passivo, o diffusione, prevede che il movimento delle sostanze attraverso la membrana si realizzi secondo gradiente di concentrazione, ovvero le molecole si muovono passando dalla zona dove sono più concentrate a dove sono meno concentrate. È un movimento spontaneo che non richiede energia (solo energia potenziale -> energia cinetica). È in questo senso, una diffusione che può essere semplice o facilitata. Nella diffusione semplice, la sostanza attraversa direttamente il doppio strato. Questo è legato fondamentalmente al fatto che la molecola che attraversa in questo caso è piccola e idrofobica, apolare, quindi possono attraversare il doppio strato.idrofobico, come gas, anidride carbonica. Anche l'acqua può attraversare per diffusione semplice il doppio strato, in questo caso il processo prende il nome di OSMOSI. Tuttavia se l'acqua dovesse attraversare solo per la diffusione semplice, la velocità e la quantità sarebbero molto minori, esistono quindi delle proteine, le acquaporine, che ne facilitano il passaggio scavando ingressi attraverso la membrana. La diffusione facilitata avviene grazie alle proteine integrali di membrana, che sono di due tipi in base alla specie chimica che aiutano: - Se permettono il passaggio di uno ione, allora sarà un CANALE IONICO, proteine che al loro interno hanno una zona per il transito, e possono essere aperte o chiuse, per non permettere il passaggio alla specie ionica. - Se lasciano passare glucosio o altre specie chimiche, saranno PERMEASI o CARRIERS, proteine che modificano la loro conformazione per consentire il passaggio della sostanza. La proteina inquesto caso ha specificità per una determinata sostanza, ad esempio glucosio: all'inizio, il glucosio si lega alla proteina, causando un cambiamento conformazionale. La proteina si chiude verso l'esterno e si apre verso l'ambiente intracellulare. Per questo motivo, viene ridotta l'affinità della proteina per il glucosio che viene staccato e rilasciato all'interno della cellula. A questo punto, la proteina ripristina la propria conformazione iniziale specifica per la specie chimica. Nel trasporto attivo invece, poiché le sostanze si spostano contro gradiente di concentrazione, quindi da una zona dove sono meno concentrate ad una dove sono più concentrate, siccome il processo non è spontaneo, c'è bisogno di una fonte supplementare di energia, di solito sotto forma di ATP. Inoltre ha sempre bisogno di un carrier che viene detta POMPA, una proteina integrale di membrana sempre coinvolta in un trasporto attivo.

Importante esempio ne è la pompa sodio potassio, che trasporta i rispettivi ioni, sodio e potassio, contro gradiente di concentrazione -> porta il sodio fuori dalla cellula e il potassio dentro alla cellula (ogni 3 ioni sodio fuori -> 2 potassio dentro).

Questa pompa agisce secondo un meccanismo preciso:

1. La conformazione è aperta verso l'interno: 3 ioni sodio possono essere richiamati per illegame con la proteina. Perché la proteina possa cambiare la sua conformazione per rilasciare verso l'esterno il sodio, ha bisogno di ATP.
2. L'ATP idrolizzandosi (cioè perdendo il gruppo fosfato terminale), lega il gruppo fosfato alla proteina e la induce a cambiare conformazione.
3. La proteina si chiude verso l'interno e si apre verso l'esterno rilasciando gli ioni sodio che non hanno più affinità con questa conformazione proteica.
4. Gli ioni potassio, che hanno affinità con la nuova conformazione proteica, si associano.

alla pompa. A questo punto, per determinare nuovamente il cambio di conformazione, è necessaria la dissociazione del gruppo fosfato.

5. Il gruppo fosfato si dissocia rimodificando la conformazione della proteina, riportandola allo stadio iniziale. Questa conformazione non ha più affinità di legame specifica per gli ioni potassio, che vengono rilasciati nella cellula, ma ce la riavrà di nuovo per gli ioni sodio che si associano nuovamente alla pompa.

La pompa sodio potassio è estremamente importante perché serve a mantenere l'equilibrio osmotico, che esiste tra le concentrazioni interne ed esterne alla cellula, e da cui dipende il flusso di acqua. Se questo è in equilibrio, allora si dirà ISOTONICO.

Squilibri nel funzionamento della pompa possono generare un ambiente intracellulare IPERTONICO o IPOTONICO rispetto all'esterno. Nel primo caso, l'acqua tende a uscire dal globulo rosso provocando il raggrinzimento di quest'ultimo.

Nel secondo caso, l'acqua entra finché la cellula lisa. Pertanto se ci fossero tali squilibri, tutte le nostre cellule in ogni caso morirebbero. Nel neurone, la pompa sodio-potassio è fondamentale per mantenere la differenza di potenziale, che è essenziale per l'insorgenza dell'impulso nervoso. Un altro esempio di pompa è la pompa protonica, di cui ne sono ricchi i lisosomi. Essa trasporta contro gradiente le specie ioniche H+. Nelle cellule inoltre sono presenti delle proteine che per evitare l'autointossicazione da farmaci si specializzano nell'eliminarli: nel caso dei tumori, queste amplificano il proprio ruolo, causando la non riuscita della chemioterapia ("Multi-drug resistance"). Un altro tipo di trasporto è quello che riguarda le grandi molecole, come le proteine, oppure interi organismi come i batteri che vengono riconosciuti e fagocitati dai macrofagi del sistema immunitario. Questo tipo di trasporto avviene.

per:

• ENDOCITOSI: per l'ingresso di macromolecole o organismi. Può essere FAGOCITOSI, se riguarda materiale solido, o PINOCITOSI, se riguarda materiale liquido (come ferro o vitamina B12). Il processo si basa sul fatto che si produce un introflessione della membrana, laddove la sostanza deve entrare; l'introflessione progredisce finché le sue estremità si staccano dalla membrana e originano una vescicola membranosa con il carico al suo interno.
• ESOCITOSI: per l'uscita di materiale dall'ambiente intracellulare verso l'ambiente extracellulare. Il percorso è opposto all'endocitosi: si forma una vescicola, contenente un carico, nella cellula e raggiunge la membrana, con cui si fonde per aprire un varco attraverso la membrana stessa per rilasciare il materiale all'esterno.

Tali processi sono possibili solo perché il modello di membrana è unitario.

Si parla di endocitosi mediata da recettore quando

l’introflessione nella membrana avviene inpunti specifici del perimetro della cellula, dove sono presenti appunto dei recettori che legano ilmateriale. Questo metodo viene usato nelle sinapsi, per recuperare il neurotrasmettitore. Lesinapsi sono punti di contatto funzionale tra due cellule nervose; affinché le due cellule possanocomunicare, una delle due deve inviare un neurotrasmettitore, il quale invia l’info alla cellulaadiacente. Esso viene richiamato poi all’interno della cellula che lo aveva rilasciato.Questo tipo di trasporto viene anche usato per assumere (dentro le cellule) il colesterolo, ungrasso che per viaggiare ha bisogno di proteine LDL, cioè lipoproteine a bassa densità.

LA COMUNICAZIONE CELLULARE

Se le cellule non ricevessero stimoli, allora morirebbero.

Per questo esiste la comunicazione cellulare, che svolgersi in diverse modalità:

• Paracrina,
• Autocrina,
• Sinaptica,
• Dipendente da contatto,
• Endocrina

risposta che una cellula bersaglio attua dipende dal tipo di segnale. In ogni caso, si ha una cellula SEGNALANTE che invia il segnale cellula BERSAGLIO, che lo riceve, lo interpreta e attua una risposta, che dipende dal tipo di segnale. Nella comunicazione dipendente da contatto, il segnale è portato da una molecola di natura proteica che rimane legata alla membrana. La cellula bersaglio entra quindi in contatto con il segnalante grazie al recettore (che è una proteina); le due cellule entrano in comunicazione grazie alla molecola segnale che interagisce con il recettore della cellula bersaglio. Nella comunicazione paracrina, la cellula segnalante produce un segnale secreto che agisce su cellule bersaglio, dotate di recettore, localizzate nelle immediate vicinanze, che siano identiche o diverse. Il segnale prende quindi il nome di mediatore chimico locale. Se il segnale agisse sulla cellula stessa che l'ha secreto, la comunicazione sarebbe autocrina, funzionale.all'autoregolazione. In quella sinaptica, le cellule nervose producono il neurotrasmettitore che agisce sulla cellula bersaglio che possiede il recettore specifico per quel neurotrasmettitore. Nella comunicazione endocrina, la cellula che produce il segnale è endocrina, cioè una cellula delle ghiandole endocrine. Il segnale è in questo caso un ormone, che viene sempre riversato nel circolo sanguigno, attraverso il quale raggiunge le cellule bersaglio, dotate di recettore specifico per quell'ormone, localizzate anche molto a distanza. Si tratta quindi di una comunicazione a lungo raggio. Il recettore è di natura proteica ed è presente o come proteina integrale di membrana, sarà allora un recettore di superficie che riconoscono segnali polari, oppure nel citoplasma, allora sarà un recettore intracellulare. In questo caso i segnali sono idrofobici, apolari, quindi attraversano la membrana per raggiungere il recettore. Quando il segnale

riconosce e lega il recettore, all'interno della cellula si attivano in sequenza tutta una serie di proteine che vanno ad attivare la risposta della cellula. La proteina finale può ad esempio, attivare un metabolismo (Glucagone, insulina) oppure può essere coinvolta nella trascrizione di geni. In questa via di segnalazione intracellulare è possibile amplificare il segnale, ovvero quando il segnale reagisce con il recettore può determinare la produzione di una proteina che a sua volta ne attiva tantissime e così via. Si amplifica cioè l'informazione portata dalla molecola segnale, il primo messaggero, all'interno della cellula. Il primo elemento di questa via di segnalazione proteica intracellulare che viene attivato, viene chiamato secondo messaggero o messaggero intracellulare. Questo può essere di vario tipo, quelli più noti sono l'cAMP o gli ioni Calcio (Ca++). Questo processo attraverso cui un segnale esterno, un

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