Fisiologia cellulare

FISIOLOGIA CELLULARE 2 ANNO 2 SEMESTRE

07.03.2018

TRASPORTI PASSIVI DI MEMBRANA : DIFFUSIONE

la membrana plasmatica ha composizione lipidica

funzioni membrana cellulare

-struttura

-mantiene differenze tra ambiente interno e esterno della cellula→ regola scambi di

sostanze

-costituisce interfaccia con ambiente esterno (segnali riconosciuti da recettori)

-fornisce supporto a enzimi e proteine strutturali ( catalisi reazioni, interazioni con altre

cellule)

trasporto passivo, non richiede energia → diffusione semplice (sostanza libera attraverso

la membrana) diffusione facilitata in cui la sostanza deve legarsi per passare la membrana

trasporto attivo, richiede energia

primari (pompe ioniche atp energia) e secondari

FLUSSO → due contenitori e soluto attraversa superficie. Se avviene passaggio ho flusso

flusso è numero di molecole che attraversano unita di superficie mm in unita di tempo s.

flusso è determinato da forze che la spingono e forze possono essere meccaniche (es

sangue spinto dal cuore) chimiche( differenze di concentrazione) elettriche ( spostamento

ioni da una zona all’ altra, differenza di potenziale) ho forze che spostano molecole da una

zona all’ altra

equazione di Teorell flusso è uguale a costante ki * forza spingente Xi

se devo avere flusso di molecole x non deve essere zero, devo avere una forza che

spinga per fare muovere le molecole

diffusione→ spostamento di molecole da una zona all altra secondo gradiente di

concentrazione ovvero la differenza di concentrazione in due compartimenti e la cellula va

dalla zona piu concentrata a quella meno, NON RICHIEDE ENERGIA

arrivo a ottenere una concentrazione di equilibrio. Molecole di sale in bichiere si spostano

in zone dove è meno concentrata, molecole si muovono per agitazione termica e le

molecole si spostano continuamente di movimenti. Vanno da dove sono più concentrate a

dove lo sono meno.

Inizialmente da molecole 1vanno a2 ma poi inizia anche movimento contratrio, alla fine si

raggiunge l’ equilibrio, non c’è flusso 0 perché le molecole continuano comunque a

spostarsi.

Se ce flusso netto ce differenza di concentrazione, altrimenti ci sono due flussi che si

bilanciano→ legge di Fick

trasporto passivo che non ha bisogno di energia, molecole si muovono da area piu a meno

concentrazione.

Diffusione è più rapida

-se la membrana è più sottile, è inversamente proporzionale, es. aleoli polmonari

- piu veloce a alte temperature perche maggiore agitazione

-su distanze piu brevi

-per molecole più piccole

flusso della membrana in parete cellulare

pi è coeff permeabilita membrana * c1 che è gradiente d concentrazione della membrana

Fi = Pi (C1-C2)

p= Kdm/dx

dx spessore membrana

kdm è coefficiente di diffusione della sostanza nel materiale costitutivo della membrana e

dipende da

-dimensioni della molecola che diffonde

-liposolubilità della sostanza

-comèosizione dello strato lipidico attraverso cui la sostanza diffonde

> liposolubilità > attraversa meglio membrana e ha alta kdm

idrosolubili bassa kdm e quindi attraversa poco la membrana

coefficiente di permeabilità P

sostanze attraversano membrana e si portano all’ esterno se movimento è efficiente la

concentrazione all’ interno diventa uguale a quella esterna

esprime la velocità con cui una sostanza può attraversare la membrana cellulare

sostanza A ha buona diffusione perché eguaglia interna da esterna

F non diffonde bene attraverso la membrana

A è liposolubile che si scioglie facilmente e passa membrana a raggiungere equilibrio, f è

idrosolubile che non riesce ad attraversare membrana, A B C possono essere gas che si

sciolgono facilmente a passare la membrana per diffusione semplice

>vitamine liposolubili diffondono facilmente attraverso la membrana (A D E K )

>ormoni liposolubili come ormoni steroidei cortisolo

glucosio è idrofoba→ no liposolubile non passa facilmente

quindi nel grafico F può essere glucosio. Per farlo attraversare servono molecole che lo

facciano passare

alone di solvatazione → molecole idrofile che in soluzione vengono circondate da

molecole di acqua che prendono appunto il nome di alone di solvatazione → sfavorevole

dal punto di vista energetico. Passano membrana con trasportatori o canali ionici che

permettono il passaggio senza fare liberare le molecole d acqua del loro alone di

solvatazione

14.03.2018

trasporto dell’ acqua attraverso la membrana avviene per osmosi→ diffusione delle

molecole d’ acqua da soluzione più diluita (= maggiore concentrazione di acqua ) a

soluzione più concentrata (minore concentrazione di acqua)

legge di Vant’ Hoff→ pressione osmotica (pi greco) di una soluzione → RTiM

R costante dei gas

T temperatura assoluta

M concentrazione molare del soluto

i fattore che tiene conto del grado di dissociazione del soluto ( unità di misura pressione

osmotica : mm Hg o atmosfere)

tubo ad U → zona A e B

B ha più molecole di soluto

→ esercita sia pressione osmotica maggiore

→ richiama acqua da A

osmolarità di una soluzione → modo di esprimere concentrazione di una soluzione

tenendo conto del numero di particelle in soluzione ( proprietà colligativa)

osmolarità = molarità per numero di particelle

una sol 1 M di saccarosio osmoregolarità e molarità 1 x n particelle in cui saccarosio

dissocia 1 => 1

sale ca cl2 dissocia in tre particelle ( ca cl cl)

→ se ho soluzione 2 mol di saccarosio e sol 0,5 mol di cloruro di calcio, quale ha maggiore

osmolarità?

Saccarosio perché è 2, l’ altro 0,5

cellule da immergere in soluzione deve essere con osmolarità simile a quella che si trova

nella cellula.

Acqua non attraversa da sola membrana, ha bisogno di canali ovvero strutture proteiche

con poro acquoso all’ interno che permette passaggio di h2O e ioni (idrofili)

canali si chiamano acqua porine, sono canali tetramerici ovvero costituiti da 4 sub-unità

che si dispongono attorno a un poro centrale. Sono trans-membrana nella membrana

dove creano poro da cui acqua puo passare.

Acqua-porine non uguali in tutti i tessuti

AQP1 → ubiquitaria, piu diffusa

AQP 2→ importante livello renale ( per formazione di urina)

AQP … → specifiche ad altri livelli a seconda della loro struttura.

Possono essere regolate nella loro espressione nella membrana da un ormone.

Il nostro organismo è in equilibrio osmotico → acqua si può muovere ,liberamente tra

interno esterno cellula a seconda del gradiente osmotico. Se liquido extracellulare ha

concentrazione diverso, l’ acqua si muove per portare pari i livelli di concentrazione→

spostamento immediato tra interno -esterno attraverso le acqua porine

globuli rossi in concentrazioni a diversa tonicità

ipotonica→ soluyzione ha osmolarià piu bassa alla soluzione all interno della cellul. Acqua

si muoive con flusso netto perché osmolarita dentro fuori sono diverse. Acqyua va da

fupori a dentro, fuori n particelle più basse e quindi ha meno particelle rispetto all’ interno.

Problema è che il volume cambia, cellula si rigonfi a eoltre un certo livello c’è lisi e morte

cellulare

ipertonica→ troppi soluti e poca acqua, acqua si muove dall’ interno verso esterno, cellula

si raggrinzisce. Acqua abbandona cellula.

isotonica→ non succede nulla

organo che ne soffre di più è il cervello → intossicazione di acqua

(mal di testa, vomito, nausea, capogiro, svenimento)

dopo corsa neuroni si rigonfiano e non funzionano più

DISTRIBUZIONE IONI INTRA EXTRA CELLULARI

nella cellula c’è più potassio

fuori c’è più sodio e cloro

per mantenere la neutralità si hanno A- dentro, anioni organici proteine che restano all’

interno della cellula senza muoversi

osmolaritrà soluzione mammiferi isotonica è di 300 mOsm

se osmolarità del liquido extracellulari diminuisce

<controllo rapido. Cellule si sanno difendere, butta fuori i soluti attraverso trasporto attivo.

Ha incamerato acqua e la espelle in modo indiretto rendendo osmolarità fuori maggiore

che dentro

<meccanismo più lento . Deve rimettere apposto le cose→ aumenta la produzione delle

urine. Reni producono urine più diluite in modo da eliminare acqua incamerata in eccesso

aumento osmolarità liquidi interstiziali → mangio troppo sale, acqua esce perché ce più

sale fuori che non dentro→ avvizzimento delle cellule

vengono introdotti soluti seguiti da h2o→ modo che hanno per riaggiustare

poi a livello del rene si producono urine meno diluite perché acqua va trattenuta per

ripristinare equilibrio idrosalino

16.03.2018

TRASPORTI MEDIATI PASSIVI:DIFFUSIONE FACILITATA

CARATTERISTICHE

-riguardano sostanze polari

-Avvengono tramite proteine trasportatrici

-Trasportano sostanze secondo gradiente di concentrazione ( passivi non hanno bisogno

di energia) o contro gradiente (attivi hanno bisogno di energia)

-contraddistinti da specificità, saturazione, competizione (simili a enzimi)

SPECIFICITÀ . un trasportatore è specifico per una molecola o per un grappolo di

proteine simili es. GLUT specifico solo per zuccheri a sei atomo di carbonio

COMPETIZIONE. trasportatore per glucosio può portare altri zucche ti come galattosio

ma la differenza la fa l affinità, vince glucosio se sono presenti nottambuli. Affinità è la

capacità di legare il substrato.

Al variare della concentrazione del glucosio varia il grado di competizione.

Più aumenta concentrazione glucosio fuori dalla cellula e più aumenta la velocità di

trasporto del glucosio.

Velocità di trasporto è mio numero di molecole che attraversano la membrana nell’ unità

di tempo.

Se ho glucosio e galattosio la velocità di trasporto non è come quando avevo glucosio da

solo, la velocità di trasporto è più bassa (disegno grafico dolly)

Molecole competono con molecola principale e quindi se ho una molecola sola il suo

trasporto sara più rapido.

Inibitorie competitivo -> si lega al trasportatore e impedisce l attività es. maltosio.

Trasportatore non porta più molecola e non riesce neanche a trasportare le molecole per

cui era stato predisposto.

Es. Maltosio. Se maltosio si lega a rapportatore si blocca e non riesce più a trasportare il

saccarosio

Inibitore perché blocca

Competitivo perché compete con la molecola per cui il trasportatore era stato

predisposto.

SATURAZIONE. Non ci sono più trasportatori disponibili, ovvero il trasportatore è saturo.

Se aumento il numero delle Molecole fuori dalla cellula ne entreranno di più , ma questo

non va avanti all’ infinito! Perché i trasportatori si sono saturati. Velocità di rapporto è

limitata dal numero di trasportatori disponibili. Esistono meccanismi di regolazione per cui

posso aumentare trasportatori nella membrana. A livello ormonale possono essere

prodotti nuovo trasportatori, questo è un meccanismo di sicurezza che avviene in

condizione fisiologica. In condizioni patologiche non avviene così, come si vede nel rene,

è il caso del diabete.

Se glucosio dovesse diffondere per diffusione semplice impiegherebbe tempo lungo e

non raggiungerebbe equilibrio. Se si usa membrana di trasportatori per glucosio il

trasporto è più efficiente e rapido, si raggiunge prima l’ equilibrio.

Trasporto mediato può essere

uniporto(si trasporta una sola molecola alla volta )

Simporto (sposta due o più substrati/molecole nella stessa direzione attraverso la

membrana)

Antiporto (due molecole vengono trasportati in direzione opposta)

Cotrasportatori (trasportano più molecole contemporaneamente)

TRASPORTO MEDIATO PASSIVO O DIFFUSIONE FACILITATA

-usato da tutte le cellule dei tessuti per attingere molecole nutritizie dal mezzo extra-

cellulare e riversarvi i metaboliti

-avviene secondo gradiente di concentrazione

Esempio con il glucosio

D-glucosio molecola polare perché ha gruppi oh e quindi non attraversa facilmente la

membrana, ha bisogno di trasportatori GLUT

1entrata di glucosio nelle cellule per esigenze metaboliche

2 assorbimento di glucosio a livello intestinale e riassorbimento a livello renale

3 cellule β del pancreas: secrezione insulina che serve per fare entrare sangue nelle

cellule

Trasportatori glut legano glucosio dal lato in cui è più concentrati. Glucosio si lega dal lato

interno della cellula e il trasportatore ha cambiato conformazione, glucosio si trova nel

lato interno della cellula e così viene liberato all’ interno di essa. Si parla di trasporto

passivo all’ interno della cellula. Non è infinto, a un certo punto si arresta ovvero quando

concentrazioni fuori dentro sono uguali e non c'è più un gradiente. Questo perché

rapportatore non può più legare glucosio nella parte più concentrata perché le parti sono

uguali.

Es. Pota girevole, io sono glucosio.

Molecola GLUT È fatta da 12 segmenti disposti in cerchio. Su questi segmenti ci sono siti

in cui si aggancia glut. All interno c'è un ambiente idrofilo che favorisce passaggio del

glucosio nella membrana. Glucosio si trova nel lato opposto e viene poi liberato.

glut si differenziano per struttura e localizzazione e per affinità con glucosio

Glut 1 è ubiquitario e molto presente

Glut2 nelle cellule β del pancreas fegato e intestino

Glut 3 Si trova a livello neuronale, orata glucosio nelle cellule neuronali

Glut4 è nelle cellule muscolari striate e tessuto muscoloso, regolato da INSULINA

KM-> costante di michekis menten, è concentrazione di substrato per ciò il flusso è metà

del flusso massimo, è inversamente proporzionale al affinità

Più alta KM del trasportatore e minore è la sua affinità per il glucosio

Glut3 ha KM più bassa e quindi ha una maggiore affinità

Glut2 ha bassa affinità per il glucosio e si satura solo ad alte concentrazioni di glucosio

extra-cellulare -> è sensibile a ampio intervallo di concentrazioni -> importante per

regolare secrezione di insulina. Basta quindi poco concentrazione per arrivare a grandi

valori di glucosio entrante

Utile per cellula β del pancreas. Più insulina si produce e più c'è cellula di glucosio fuori.

Varia gradualmente glucosio quindi varia trasporto lentamente e quindi insulina è graduale

e non sproporzionata.

TRASPORTATORI PER AMMINOACIDI (sempre trasporto passivo)

-coinvolti nel trasporto facilitato (introducono amminoacidi nelle cellule)

-proteine a 6-14 segmenti trans-membrana (a12: simili a Glut)

-vari tipi che trasportano amminoacido di diverse categorie (acidi, basi, neutri)

CANALI IONICI. MECCANISMO DI TRASPORTO PASSIVO MEDIATO PER IONI

3 proprietà principali

1. Conducono canali ionici (rapide velocità di conduzione: 100 milioni/secondo) in modo

passivo

2. Riconoscono e selezionano ioni specifici

3. Alcuni si aprono e si chiudono in risposta a stimoli specifici

NB. C'è influenza elettrochimica ovvero gradiente ma anche differenze di potenziale che

può esserci all’ interno/esterno della membrana.

Ci sono

>canali sempre aperti che lasciano sempre passare gli ioni, servono per potenziale di

riposo

>Canali che si aprono grazie a segnali

-canali a controllo di legando. Legame con molecola extra o intracellulare (es ioni calcio si

aprono quando dall interno si lega una molecola di calcio. Oppure molecola ATP)

-canali voltaggio dipendenti. Es. Potenziale d’ azione

-canali attivati da stiramento della membrana es. sistema sensibilità somatica. Si aprono

quando la membrana cellulare subisce deformazioni meccaniche, si possono trovare nelle

cellule sensoriali tattili.

Canali ionici sono fatti da sub proteiche che si dispongono in cerchio attorno a un poro

centrale acquoso e idrofilo.

Numero subunitá varia a seconda del tipo di canale ionico.

Ci sono subunitá accessorie e attorno ci sono subunitá associate al canale (subunitá β γ )

Come fanno i canali a selezionare gli ioni?

All interno del canale poro c'è un filtro di selettività, in una regione più stretta del poro.

Pareti del poro sono a clessidra e dove è più stretto c'è filtro di selettività

In soluzione ioni sono circondati da molecole d acqua. Parte degli ioni di solvatazione

vene persa. Ioni sodio ha legato molecole d acqua e interagisce con pareti del canale.

Arriva con molecole d acqua, ne perde un po' perché interagisce con il filtro dato che il

Sodio interagisce con atomi del canale.

Nelle parete selettività ci sono amminoacidi che espongono atomi carichi negativamente

per interagire con molecole positive. Viceversa se voglio interagire e selezionare molecole

negative.

Dimensioni dello ione influenzano filtro perché lascerà passare uno ione rispetto ad un

altro.

Quindi selettività dipende da

-cariche

-raggio anidro dello ione

-grado di disidratazione dello ione

TRASPORTI MEDIATI ATTIVI

Pompe ioniche e trasporto secondari

Mediati, sostanze non si muovono liberamente, c'è sempre il gradiente che influenza

Si dividono in due categorie

-primari. Pompe ioniche, energia la prendono dall ATP

-secondari. Energia la prendono dal movimento passivo di uno ione che si muove

secondo gradiente di concentrazione (secondario perché sono secondari al movimento di

un altro ione)

Pompe ioniche

Trasporto passivo mediato. Stessa affinità nelle due conformazioni. Direzione de