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Appunti Biologia - Omeostasi - caratteristiche del trasporto di membrana – osmosi – potenziale di membrana

Appunti sui trasporti di membrana: attivo, passivo, osmosi. Le proteine di membrana ci interessano perché vanno a formare i canali, i recettori, i trasportatori, quindi tutte quelle proteine che permettono il passaggio di sostanze da un versante all’altro e viceversa. Potenziale di membrana.

Esame di Biologia cellulare docente Prof. M. Motti

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- Pompe ioniche, che sono sempre dei trasportatori ma si tratta di un trasporto attivo. Esempio la

pompa sodio potassio. Il tutto avviene contro gradiente di concentrazione, quindi la sostanza si

sposta da una zona in cui la concentrazione è minore ad una in cui la concentrazione è maggiore.

Proprio per questo è un tipo di trasporto che richiede energia, quindi ATP.

- Anche l’acqua si diffonde attraverso la

membrana cellulare. La membrana sarà permeabile

all’acqua e non soluto, in questo caso il sale e

l’acqua si muove da una zona in cui è presente

meno soluto ad una dove è presente più soluto, per

osmosi. L’acqua si muove secondo il suo gradiente

di concentrazione. Quindi avremo in un

compartimento più sale e in uno più acqua. Quindi

l’acqua si muove attraverso la membrana fino a che

le due concentrazioni non saranno uguali. Ma per

farle diventare uguali, aumenterà il livello di acqua

nel compartimento dove c’era più sale, fino ad un certo punto però. Perché poi non potrà più andare,

perché il peso di quest’acqua eserciterà una pressione e sarà questo a generare la cosiddetta

pressione osmotica.

L’osmolarità ci riguarda particolarmente perché le cellule sono piene di acqua e sono anche circondate di

acqua, e l’acqua si potrà muovere tranquillamente. Per la cellula sarà importante che l’osmolarità che c’è

dentro sia uguale all’osmolarità di fuori. Perché ad esempio prendendo una cellula e mettendola in una

soluzione che fuori è molto più concentrata, l’acqua uscirà per osmosi. Quindi la cellula si raggrinsisce e

muore. Viceversa se prendiamo una cellula e la mettiamo in una soluzione ipotonica, al contrario l’acqua

entrerà fino a quando la cellula non scoppia. L’isotonicità è molto importante proprio per questo motivo. La

soluzione fisiologica ha, ad esempio, la stessa osmolarità dei nostri liquidi corporei in modo tale da non

alterare questi equilibri. Le soluzioni isotoniche non sono comunque tutte uguali: ad esempio una cellula, un

liquido interstiziale e un capillare. Avremo sicuramente un’uguale osmolarità ma non ci sarà equilibrio

chimico. Avremo, quindi, per lo più le stesse sostanze (sodio, potassio, ioni carbonato, magnesio ecc) ma le

concentrazioni saranno diverse. Per esempio il sodio sta FUORI dalla cellula, per cui quando trova un canale

tende subito ad entrare. Il potassio, invece, è più concentrato DENTRO la cellula, per cui quando trova un

canale aperto tende ad uscire. E se il sodio tende a entrare, secondo gradiente, e il potassio tende ad uscire,

sempre spontaneamente, poi subentra la pompa sodio potassio che li riporta al loro posto. Prende il sodio e

lo butta fuori, mentre il potassio dentro.

I segnali nervosi vengono generati proprio grazie alla differenza di concentrazione di ioni fra dentro e fuori,

che una volta che si modifica dà vita al segnale nervoso.

▪ Trasporto passivo – secondo gradiente di concentrazione

o Diffusione semplice, attraverso la membrana per cui più sostanza c’è fuori più entra dentro

quando trova i canali.

o Canali ionici dove è vero che all’aumentare della concentrazione aumenta la velocità, ma

fino ad un certo punto perché poi i canali sono limitati per cui rallenterà un po’ il processo.

Esistono canali ionici che sono sempre aperti e sono quelli che danno la permeabilità di base

alla membrana, e canali ionici che sono aperti chiusi refrattari, poi di nuovo aperti chiusi ecc.

e possono essere attivati da segnali esterni, neurotrasmettitori e influenzano in modo

diverso la permeabilità della membrana.

o Trasportatori carrier – si distinguono in voc canali aperti da voltaggio dipendente, ovvero

quando varia il voltaggio della membrana questi canali si aprono. I canali roc sono invece

quelli che si attivano con una sostanza chimica e gli smoc attivati da secondi messaggeri.

Esempio di trasportatore del glucosio.

▪ Trasporto attivo – contro gradiente di concentrazione. Pompa sodio potassio ad esempio. 3 ioni

sodio li porto fuori e 2 ioni potassio dentro. C’è bisogno di energia, quindi di ATP. Nella cellula, quindi,

viene attivato un recettore, che attiva una cascata di segnali, a sua volta va a fosforilare un canale

che si apre ed inizia a far passare sostanze. Il sodio è concentrato fuori, il potassio dentro. Quando il

sodio entra, la pompa sodio potassio lo prende e lo riporta fuori, mentre il potassio lo riporta dentro.

Se le sostanze entrano per gradiente di concentrazione o escono, alla fine il gradiente si annulla,

quindi la pompa sodio potassio mantiene il gradiente.

Quindi lega 3 ioni sodio, lega anche l’ATP, nel momento in cui scinde l’Atp in ADP e Fosfato cambia

conformazione, e in questa seconda conformazione l’affinità della proteina per il sodio è bassa,

quindi il sodio si stacca e viene rilasciato. Quando, invece, si lega il potassio, cambia la conformazione,

induce il rilascio del fosfato e viene rilasciato il potassio e ricomincia tutto daccapo.

Esistono anche altri tipi di pompe, ad esempio quella di trasporto attivo per il calcio che le troviamo

sulla membrana cellulare e nel reticolo endoplasmatico. Il calcio difficilmente si trova libero nella

cellula: o sta fuori, o sta nel reticolo endoplasmatico. Perché l’ingresso del calcio o il suo rilascio è un

segnale. Per cui non lo troviamo per questo motivo, perché nel momento in cui, ad esempio, in un

terminale nervoso si aprono dei canali ed entra il calcio, è proprio il calcio che entra e dice cosa fare.

Viceversa se c’è calcio nel reticolo endoplasmatico, il calcio che viene rilasciato può dire alle proteine

della contrazione del muscolo scheletrico che si devono contrarre.

Poi abbiamo la pompa protonica, che trasporta idrogeno e potassio. Ad esempio chi soffre di reflusso

prende il gastroprotettore che sono degli inibitori della pompa protonica. È un trasporto attivo

primario, ovvero prende 4 ioni idrogeno e le trasporta nel lume gastrico. E al contrario prende 4 ioni

potassio e li porta dentro. L’idrogeno nel lume gastrico aumenta l’acidità. Quindi bloccando la pompa

protonica diminuisce l’acidità. Esistono poi dei trasporti secondari, molto sfruttato ad esempio a

livello dei reni, in cui il trasportatore fa muovere uno ione secondo gradiente di concentrazione (ad

esempio il sodio), mentre il glucosio andrà a sfruttare il gradiente del sodio. Per esempio nel caso

dell’insufficienza cardiaca, si inibisce la pompa sodio potassio, quindi il sodio aumenterà dentro e se

il sodio aumenta dentro, il controtrasporto sodio calcio inizia a non funzionare. Aumenta la

concentrazione di calcio all’interno, nelle cellule cardiache, aumenterà quindi la forza di contrazione.

Uniporto

L'uniporto è il trasporto secondario di una sola sostanza che si muove sfruttando la differenza di potenziale

elettrochimico creato da trasportatori primari.

Cotrasporto

È il trasporto contemporaneo di due specie ioniche o di altri soluti. Il cotrasporto può essere di tipo antiporto

o cotrasporto.

L'antiporto è il trasporto contemporaneo di due specie ioniche o di altri soluti che si muovono in direzioni

diverse attraverso la membrana. Una delle due sostanze viene lasciata fluire secondo gradiente, da un

compartimento ad alta concentrazione ad uno a bassa concentrazione. Questo genera l'energia entropica

necessaria per guidare il trasporto dell'altro soluto contro gradiente, da bassa ad alta concentrazione.

Un esempio di questo tipo di trasporto è lo scambiatore sodio-calcio, che mediano l'ingresso di ioni sodio e

l'uscita del calcio. Molte cellule possiedono anche una calcio ATPasi che però opera molto più lentamente

dello scambiatore e ha un diverso ruolo fisiologico.

Il simporto usa, analogamente all'antiporto, il flusso di un soluto secondo gradiente per muovere un'altra

molecola contro gradiente ma il movimento avviene in questo caso attraversando la membrana nella stessa

direzione. Un esempio è il simportatore di glucosio, che cotrasporta secondo gradiente due ioni sodio per

ogni molecola di glucosio importata nella cellula.

Le cellule hanno un cosiddetto potenziale di membrana, ovvero una

differenza di potenziale elettrico o voltaggio che esiste tra i due lati della

membrana. Il potenziale di membrana dipende da una diversa

distribuzione di ioni positivi e negativi ai due lati della membrana

plasmatica. Poiché le cariche positive e negative sono distribuite in modo

diverso all’interno e all’esterno di una cellula, si dice che esiste una

separazione di cariche ai due lati della membrana. Le cariche negative

(all’interno) e positive (esterno) in eccesso tendono a rimanere vicine alla

membrana, perché l’eccesso di cariche negative da un lato viene attratto

dall’eccesso di cariche positive dall’altro lato. Si dice infatti che la

membrana cellulare è polarizzata.

Le cellule possiedono canali aperti e sono selettivi per alcuni ioni, quindi

fa sì che alcune sostanze possono più di altre muoversi attraverso la membrana. Immaginiamo (non esiste in

natura) una cellula ideale con una membrana impermeabile, mettiamo che fuori abbiamo sodio e calcio, e

dentro abbiamo potassio e una proteina. Le cariche elettriche dentro e fuori saranno uguali, ma saranno

diverse le specie. C’è quindi equilibrio elettrico ma non chimico, essendo ioni differenti. Se in questa cellula

andiamo a mettere un canale selettivo per il potassio, succede che il potassio secondo gradiente di

concentrazione esce. Nel momento in cui il potassio esce, dentro la carica diventa negativa, e se dentro

diventa negativo inizia l’attrazione elettrostatica. Il sodio vorrebbe entrare ma ci vuole il canale selettivo,

quindi che l’unico che può muoversi è il potassio, che è uscito per gradiente di concentrazione e rientra per

attrazione elettrostatica.

Immaginiamo, invece, una cellula vera. Ci saranno tanti canali per il potassio, quindi esce per gradiente di

concentrazione, poi l’interno sarà sempre più negativo, quindi il potassio ritorna indietro per attrazione

elettrostatica. Arriverà il punto in cui tanto potassio entrerà quanto ne uscirà. Il punto in cui il movimento

netto è uguale a zero, abbiamo raggiunto il cosiddetto potenziale di equilibrio dello ione potassio. Questo

potenziale è uguale per il potassio a -90 mV. Nella cellula ci sono però anche canali per il sodio, per il cloro

ecc. quindi il potenziale di riposo di una membrana non sarà quello di equilibrio.

Il potenziale di membrana viene misurato in unità di potenziale elettrico, cioè in millivolt mV, ovvero

millesimi di volt. L’ampiezza del potenziale di membrana dipende dal grado di separazione delle cariche,

ovvero maggiore è la differenza di cariche tra i due lati della membrana e maggiore sarà il potenziale di

membrana. Per la maggior parte delle cellule il potenziale di membrana a riposo è di circa -70 mV.

Sostanzialmente il potenziale di membrana a riposo dipende da due fattori: il gradiente di concentrazione

degli ioni, prevalentemente sodio e potassio, attraverso la membrana cellulare; e la presenza di canali ionici


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filo4

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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in scienze motorie
SSD:
A.A.: 2018-2019

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher filo4 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biologia cellulare e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Parthenope - Uniparthenope o del prof Motti Maria Letizia.

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