Citologia e istologia - cellula

A TP

D N A m itocondriale

•

Il nucleo

Centrale di controllo della cellula

• Sede del

• DN A

I processi di trasporto

attraverso la m em brana cellulare

→

M em brane→ barriere selettive

• Liquido extracell. ? liquido intracell.

• Proteine di trasporto

• proteine canale

• proteine trasportatrici

•

Trasporti nella m em brana cellulare

Trasporti in form a Trasporti m ediati

libera

iffusione M igrazione

D D iffusione

atrice

m

nella in canali facilitata

fosfolipidica m em branari Trasporto Trasporto

attivo attivo

PA SSIVI prim ario secondario

A TTIVI

D iffusione

Cenni fisico-chim ici:

D iffusione attraverso la

m em brana cellulare

D iffusione

sem plice

D iffusione

facilitata

D iffusione attraverso la

m em brana cellulare

1) Sem plice

-liposolubili:

O , N , CO ,

2 2 2

alcool

liposolubili:

-non H O , urea

2

2) Facilitata

glucosio

am inoacidi

Proteine canale

Selettivam ente

• perm eabili

M olte presentano

• porte (gate)

Selettività: legata a diam etro, form a

e natura cariche elettriche

Canali del sodio

Canali del potassio

Ione Ragg.anidro Ragg.idrato Strato idrico

A ngstrom

+

N a 0,98 2,91 1,93

+

K 1,33 1,88 0,55

4+

N H 1,45 1,89 0,44

-

Cl 1,8 1,92 0,12

A pertura e chiusura delle porte

Porte voltaggio-

• dipendenti

Porte a controllo

• chim ico

Il m etodo del “patch-clam p”

m olti individui sono concentrati su una

spiaggia

se il passaggio a quella vicina è libero

Bam bini e lottatori di sum o

D iffusione facilitata

M ediata da un trasportatore

• glucosio

vari m onosaccaridi

am inoacidi

Insulina può aum entare fino a 20 volte la

velocità di diffusione del glucosio

s os t an z e pol ar i ( acqu a

m ol t e s os t an z e, t u t - e pi ccol i i on i ) devon o

t avi a , n on pos s on o i n vece u t i l i z z ar e i ca -

at t r aver s ar e l a n al i per i l pas s aggi o

m em br an a s en z a u n

“ ai u t o” s peci al e...

Glucoso Acqua

Alcool al cu n e s os t an z e l i pos ol u bi l i com e

l ’al cool pos s on o at t r aver s ar e i l

“ s i gi l l o” i dr of obo r appr es en t at o

dal l e code apol ar i dei f os f ol i pi di

Velocità netta di diffusione

E’ data dalla differenza tra la velocità di

diffusione di una sostanza nelle due direzioni

D ipende da:

Perm eabilità di m em brana

• D ifferenza di concentrazione

• D ifferenza di potenziale elettrico

• D ifferenza di pressione

•

Perm eabilità di m em brana (P)

Spessore

•

Liposolubilità

•

N um ero di canali utili

•

T em peratura

•

PM della sostanza

•

Coefficiente di diffusione: D =PõA

è legato all’area totale della m em brana

Effetto della differenza

di concentrazione

∝

D iffusione netta D (C -C )

e i

Effetto della differenza di

potenziale elettrico

E (in m illivolt)= 61 log C1/C2

Effetto della differenza di

pressione

O sm osi

H O N aCl

2 Pressione

osm otica

osm osi

O sm osi: m ovim ento netto di acqua

per effetto di una differenza di con-

centrazione ai due lati della m em brana.

La tendenza dell’acqua a m uoversi può

essere bilanciata da una pressione det-

ta PRESSIO N E O SM O TICA

Si esprim e in atm

mm Hg

La pressione osm otica

Legge di Boile P = n·RT

V

n = num ero di m olecole

osm oticam ente attive

ð

Legge di Van’t H off = RTC

num ero

D ipende dal delle particelle in

soluzione e non dalla m assa.

O gni particella esercita in m edia la stessa

pressione contro la m em brana.

C H O 1 M ole = 1

6 12 6

O sm ole

+ -

N aCl (N a Cl ) M ole = 2 O sm oli

O sm olarità del plasm a = 300 m O sm

IPO T O N ICA

SO LU ZIO N E ISO T O N ICA

IPERTO N ICA

Perché una soluzione 0,9%

N aCl (fisiologica) è

isotonica?

PM N aCl = 58

1M = 58 g/l

1O sm =29 g/l

29:3,3 = ~ 9 g/l = 0,9 % N aCl =

300 m O sm

Filtrazione

Processo m ediante il quale l’H 0 e i

2

soluti perm eabili sono spinti attraverso

una m em brana da un gradiente di pres-

sione idrostatica

Effetto Gibbs-D onnan

Gibbs D onnan

Principio di elettroneutra-

• lità

[cationi] =[anioni]

1 1

[cationi] =[anioni]

2 2

• -

Il Cl si m uove da a poiché in non

-

c’è Cl (gradiente di concentrazione)

-

Il guadagno in Cl in deve essere uguale al

• guadagno in N a+ in

• + -

guadagno in [N a ] [Cl ] perdita in

1 2

=

----- ----

+ -

perdita in [N a ] [Cl ] guadagno in

2 1

+ - + -

[N a ] [Cl ] = [N a ] [Cl ]

• 1 1 2 2

Gibbs D onnan: quantificazione

delle concentrazioni all’equilibrio

+

[N a ] = 100 m M – x

• 2

-

[Cl ] = 100 m M – x

• 2

+

[N a ] = 100 m M + x

• 1

-

[Cl ] = x

• 1 + - + -

Poiché [N a ] [Cl ] = [N a ] [Cl ]

• 1 1 2 2

(100 m M + x) x = (100 m M – x) (100

•

m M – x) 2 2

100x + x = 10000-200x + x

100x + 200x = 10000

300x = 10000

Perciò,

all’equilibrio:

x = 33,3

• -

[Cl

] = 33,3 m M

1

+

[N a ] = 100 + 33,3 = 133,3 m M

1

-

[Cl

] = 100 – 33,3 = 66,7 m M

2

+

[N a ] = 100 – 33,3 = 66,7 m M

2

Considerazioni

A ll’equilibrio: Tot.

33 m M 67 m M

-

Cl 100 m M

67 m M

133 m M 200 m M

+

N a

---------- -------- ---------

166 m M 134 m M 300 m M

+

Tot.

proteine Perciò: π

π > 2

1

Le cellule viventi contengono

un eccesso di anioni indiffusibili

N e consegue:

1) D istribuzione ineguale tra cationi ed anioni

diffusibili anche in assenza di trasporto

attivo

2) I cationi sono più num erosi all’interno che

all’esterno (pH )

3) T endenza della cellula a rigonfiarsi per gli

effetti osm otici delle alte concentrazioni

cellulari (trasporti attivi)

4) Lo spostam ento degli ioni determ ina un po-

tenziale elettrico

:

L’equilibrio di D onnan è solo un punto di

partenza per analizzare i m eccanism i di

distribuzione degli ioni tra cellula ed

am biente esterno

LA CELLU LA D EVE ESSERE

CO N SID ERA TA U N SISTE-

M A D O N N A N -SIM ILE

• N ella cellula il trasporto attivo gioca un

ruolo determ inante nella distribuzione

degli ioni

• La m em brana cellulare è un com plesso

dinam ico, non è una m em brana sem iper-

m eabile perfetta

• Il m ezzo intracellulare non è una solu-

zione acquosa om ogenea

• N el m odello gli ioni diffusibili sono sup-

posti com pletam ente dissociati, m a nel-

la cellula non è così

Trasporto attivo

Contro gradiente elettrochim ico

• A

L

Proteina Proteine T

canale carrier A

B

EN E A

RG

D iff. IA S

passiva S

T RA SPO RTO T RA SPO RTO A

PA SSIVO A TTIVO

Trasporto attivo

Sono necessarie proteine trasportatrici

ed energia

PRIM A RIO SECO N D A RIO

L’energia deriva da

A TP un “im m agazzinam ento

energetico”realizzato

in un T.A . prim ario

Trasporto attivo prim ario

La pom pa sodio-potassio

+

T rasferisce ioni N a all’esterno della cellula

• +

e fa affluire ioni K all’interno

E’ presente in tutte le cellule dell’organism o

•

E’ responsabile del m antenim ento delle dif-

• +

ferenze di concentrazione del N a e del K+

tra esterno ed interno

E’ responsabile del potenziale elettrico nega-

• tivo all’interno

E’ alla base del processo di trasm issione dei

• segnali

La pom pa sodio-potassio

α PM 100.000

- ha tre siti recettoriali per

+

N a nella porzione interna

- ha due siti recettoriali per

+

K nella porzione esterna

β PM 50.000 - la porzione interna ha at-

ancoraggio tività A T Pasica

+

N a

+

K

La pom pa sodio-potassio

Funzioni:

1) Controllo del volum e cellulare

2) Ruolo elettrogenico

Trasporto attivo prim ario

del calcio

++

Ca intracellulare ha concentrazioni 10000

volte inferiori rispetto ad extracellulare

++

2 pom pe per il Ca : ++

1) porta il Ca fuori dalla cellula

++

2) porta il Ca dentro ad organuli

Trasporto attivo prim ario

degli ioni idrogeno

M olto im portante a livello di:

Ghiandole gastriche

• Tubuli distali e dotti collettori del rene

•

Trasporto attivo secondario

Co-trasporto Controtrasporto

o o

Sim porto A ntiporto

Co-trasporto Sodio-Glucosio

Co-trasporto Sodio-A m inoacidi

5 diverse proteine trasportatrici per gli aa

Co-trasporto Sodio-Potassio-2 Cloro

• Co-trasporto Potassio-Cloro

•

Contro- A ltri

esem pi

++ +

Ca o N a

trasporto ++ +

con M g o K

- -

Cl con H CO 3

-

o SO 4

Sodio-calcio Ca ++

Na +

Na + Na + Na + Ca ++

Na Na

+ +

Outside

Inside Na Na

+ +

Ca Na

++ + Na Na

+ +

Ca ++ Na +

Sodio-idrogeno

Trasporto attivo attraverso

epiteli

Endocitosi ed esocitosi

m olecole e particelle di dim ensioni

•

rilevanti non possono attraversare la

m em brana nei m odi appena descritti.

la cellula è tuttavia in grado di

•

catturare o di espellere tali so-

stanze attraverso un tipo diverso di

trasporto attivo transm em branario

Esocitosi ER

GO LGI

VESCICOLE

Endocitosi

Fagocitosi

Pinocitosi

Com e com unicano le cellule?

Le cellule com unicano tra loro per coor-

•

dinare le attività dei tessuti e degli orga-

ni; la com unicazione riguarda sia cellule

contigue che cellule tra loro distanti.

1) m ediante m essaggi

elettrici

2) m ediante m essaggi

chim ici

I m essaggi di natura chim ica possono

venire inviati da una cellula a se stessa

(com unicazione autocrina) o alle cellule

adiacenti (com unicazione paracrina) per

diffusione sem plice, oppure utilizzando

s