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Membrana cellulare e meccanismi di trasporto

Questo è un file con appunti completi ed esaustivi sulla membrana cellulare. All'università prendo appunti con il pc e sono molto veloce, quindi garantisco sulla loro completezza. Appunti basati su appunti personali del publisher presi alle lezioni della prof. Bagni.

Esame di Fisiologia docente Prof. M. Bagni

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Qui c'è una specificità abbastanza forte tra la sostanza che si può legare e la proteina

trasportatrice. Maggiore è la differenza di concentrazione, più proteine trasportatrici

verranno interessate al trasporto; può succedere anche che sia più evidente il

fenomeno della saturazione.

Un meccanismo di trasporto facilitato è quello del glucosio. Se il glucosio, a livello del

sangue, diventa troppo elevato, abbiamo un accumulo di sostanza, per cui il trasporto

facilitato non segue esattamente le stesse regole del trasporto semplice, ma anche

questo non ha bisogno di energia ed è sempre un trasporto passivo.

Ci sono molti canali che consentono il passaggio dell'acqua. SI parla infatti di

acquaporine. Il canale può essere aperto o chiuso, ma si possono anche avere canali

aperti, chiusi o inattivati.

I canali sempre paperti sono chiamati pori, canali più semplici attraverso i quali le

sostanze passano rapidamente. Inoltre, i canali permettono il passaggio di una

sostanza se preventivamente hanno avuto una loro modificazione: un canale è aperto

o chiuso a seconda di alcune situazioni:

- potenziale di membrana, e parleremo quindi di canali voltagigo dipendenti. Esistono

canali voltaggio dipendenti per quel che riguarda gli ioni, come per esempio i canali

del calcio, dello iodio etc. Si aprono e si chiudono a seconda del fatto di avere ariche

negative o positive ai lati della membrana;

- canali che si aprono perchè prima si lega una sostanza, per esempio il glutammato,

al canale, e questa sostanza lo fa aprire. Attraverso questi canali ci può essere

l'ingresso di una sostanza e l'uscita di un'altra, come succede per il sodio e il potassio;

possono essere aperti o chiusi a seconda che al canale si leghi una sostanza o una

molecola che porta la presenza di alcuni messaggeri etc.

Dunque, il passaggio delle sostanze avviene sia attraverso la membrana (sostanze

liposolubili), sia, per le sostanze che hanno più difficoltà, attraverso i canali (senza

dispendio di energia); possiamo avere anche l'utilizzo di energia, e da questo capiamo

che i canali possono trovarsi sia quando c'è una spesa di energia, sia quando non c'è.

I trasporti attivi sono quelli che hanno bisogno di una spesa energetica per avvenire,

quei trasporti in cui si va contro gradiente di concentrazione. La spesa diretta o meno

di energia, principalmente sotto forma di ATP, fa sì che si possa parlare di un trasporto

attivo primario, detto anche diretto, in cui l'energia per il trasporto deriva direttamente

dal legame fosfato ad alta energia dell'ATP. Viene utilizzato ATP, e allora lo scambio di

sostanze può avvenire; oppure può avvenire un trasporto attivo secondario, detto

anche indiretto, in cui l'energia necessaria per il movimento di una determinata

sostanza è l'energia che avevamo spesa per il trasporto attivo primario, per cui il

trasporto attivo secondario possiamo averlo soltanto se prima è avvenuto un trasporto

attivo primario, che consuma energia e crea una situazione tale da permettere il

trasporto attivo secondario.

Le regole del trasporto attivo sono le stesse del trasporto mediato: abbiamo proteine

recettoriali e una specificità, per cui si arriva alla fine ad una saturazione.

Molti dei trasporti attivi sono noti come pompe, o ATPasi, perchè c'è consumo di ATP.

La pompa sodio-potassio è l'esempio classico (non l'unico) di trasporto attivo.

Trasporto attivo primario: ho una grande concentrazione di sodio all'esterno rispetto

all'interno, e una vasta concentrazione di potassio. Se potessero andare secondo il loro

gradiente di concentrazione, dovremmo vedere il sodio entrare e il potassio uscire.

Questo non avviene per problemi di permeabilità, ma è necessario mantenere un certo

livello di concentrazione, per cui la pompa sodio-potassio, spendendo ATP, va contro

gradiente, quindi porta ancora fuori del sodio rispetto al potassio, creando un

gradiente di tipo elettrico. Abbiamo una fosforilazione, la proteina si modifica, il sodio

viene portato all'esterno e contemporaneamente, una volta che la proteina è aperta

verso l'esterno e lega il potassio, si ha un cambiamento conformazionale che porta il

sodio e il potassio ad andare contro gradiente.

Dunque, il trasporto attivo primario mostra la stessa situazione della diffusione

facilitata, ma nella diffusione facilitata non avevamo consumo di ATP.

In seguito a questa situazione si vengono a creare una maggiore concentrazione di

sodio (che già era alto) e una maggiore concentrazione di potassio (che era più basso).

Questo fa sì che si possa avere un trasporto attivo secondario.

Il sodio cerca di rientrare, e in questo suo cercare di rientrare mette in moto un'altra

proteina che contemporaneamente ha il compito di riportare all'interno il sodio e

all'esterno, per esempio, il glucosio. Si va dunque verso un equilibrio per il glucosio

che utilziza l'energia spesa precedentemente nel trasporto attivo primario.

Si parla di uniporto quando attraverso la membrana passa un solo tipo di sostanza; si

parla di cotrasporto quando ci sono proteine trasportatrici in grado di trasferire

simultaneamente, o in sequenza, due diverse sostanze. Il cotrasporto può essere di

due tipi:

- Sinporto, se le sostanze vengono trasferite nella stessa direzione;

- - antiporto, se le sostanze vengono trasferite in direzione opposta.

Le pompe ATPasiche sono alimentate dall'idrolisi di ATP. Abbiamo pompe ATPasiche per

il glucosio, ma anche per il calcio. Ci sono anche pompe ATPasiche che creano una

differenza di potenziale. Si parla anche di cootrasportatori se vanno tutte nella stessa

direzione, oppure si può parlare anche di scambiatori.

I trasportatori attivi non usano direttamente l'ATP, ma utilizzano i gradienti

elettrochimici di altri ioni come fonti di energia. Questo tipo di trasportatori trasferisce

uno o più ioni contro il loro gradiente elettrochimico e nello stesso tempo veicola un

altro ione secondo il proprio gradiente.

Gli ioni, come abbiamo visto, si spostano da una parte all'altra della membrana.

Tuttavia le nostre cellule sono principalmente costituite da acqua, quindi è importante

capire lo spostamento dell'acqua attraverso la membrana a livello dei nostri tessuti e

dei nostri organi. Perciò, un altro tipo di trasporto è l'osmosi.

Possiamo dire che noi abbiamo un equilibrio osmotico perchè abbiamo una

distribuzione omogenea dell'acqua nei vari compartimenti del nostro corpo. L'osmosi è

il movimento dell'acqua attraverso una membrana selettivamente permeabile, o

semipermeabile, in risposta ad un gradiente di concentrazione. Di solito l'osmosi è un

processo fisico-chimico. Quando parlo di osmosi dunque parlo del movimento

dell'acqua, sempre collegato alla presenza di sostanze. E' in realtà un flusso di acqua

(il solvente) attraverso una membrana, secondo un gradiente di concentrazione.

Anche per l'acqua si parla di gradiente di concentrazione, perché possiamo avere

un'acqua più o meno concentrata a seconda della quantità che ho, rispetto alla

quantità di soluto. Le concentrazioni di solventi e soluti variano in modo inversamente

proporzionale tra di loro, quindi da alte concentrazioni di acqua verso basse

concentrazioni di solito e viceversa. Anche l'acqua dunque tende a muoversi per

raggiungere l'equilibrio.

Le molecole dell'acqua passano passivamente e vanno secondo il loro gradiente.

Se parliamo di osmosi consideriamo che la membrana sia selettivamente permeabile,

quindi permeabile all'acqua. 300milliosmoli è la concentrazione del soluto nelle nostre

cellule.

L'acqua si muove verso l'interno, perchè va sempre da concentrazione maggiore

aconcentrazione minore. Dentro il globulo rosso ci sono diversi soluti, per cui qui la

concentrazione è sempre 300 millimolare. La concentrazione dell'acqua nel corpo a

temperatura normale è di circa 55,5 millimolare. Se ci sono dei soluti, la

concentrazione dell'acqua diminuisce.

Se si parla di osmosi ci dovremmo trovare di fronte a dei soluti che non passano di

fronte alla membrana. Abbiamo tutti studiato la pressione osmotica, definendola come

la pressione che io posso applicare attraverso un pistone, tale che la forza che il

pistone deve avere per bloccare il passaggio dell'acqua sia la pressione osmotica

stessa.

Per esempio, metto in un contenitore, separato da una membrana selettivamente

permeabile, due concentrazioni, di cui una è di alluminio. La concentrazione di

alluminio è 5% da una parte e 10% dall'altra. Io dico che arrivo all'equilibrio quando la

concentrazione di alluminio è del 7,5%, quindi questo è dato dallo spostamento

dell'acqua, che passa attraverso la membrana. E' la stessa situazione del pistone: la

pressione che si esercita è quella del pistone che blocca lo spostamento dell'acqua. La

pressione osmotica si misura in atmosfere o millimetri di mercurio.

Nell'osmosi è importante il numero di particelle e non quello delle molecole. Le

molecole si possono dissociare, quello che conta è il numero delle particelle rispetto

alla mia soluzione. Si parla di osmolarità (la cui unità di misura è l'osmole per litro),

che sarebbe il numero delle particelle per litro di soluzione. Non dipende dunque dalla

dimensione, ma dalla caratteristica del passaggio delle molecole. L'osmolarità

descrive il numero delle particelle per litro di soluzione, e non le proprietà delle

particelle. Nell'organismo sono 300 milliosmoli litro.

Per la determinazione della pressione osmotica c'è la formula: c=pi greco per R per T,

in cui c è la concentrazione totale dei soluti, r è la costante fondamentale dei gas e t è

la temperatur assoluta. Questa è una formula semplificata, perchè parlando di osmosi

c'è un coefficiente osmotico che si potrebbe inserire in questa formula.

Due soluzioni che esercitano la stessa pressione osmotica attraverso la membrana

semipermeabile vengono definite isosmotiche. Questo vuol dire che hanno le stesse

particelle di soluto per lo stesso volume. Una soluzione è invece iposmotica rispetto ad

un'altra se esercita una pressione minore, quindi se ha un minor numero di particelle.

Se una soluzione è iperosmotica, vuol dire che esercita una pressione maggiore, quindi

ha un maggior numero di particelle.

Per capire com'è una soluzione è importante conoscere le proprietà della membrana e

quelle dei soluti. Se la membrana è permeabile solo all'acqua si muoverà per osmosi

da una soluzione meno concentrata a una più concentrata. Se è permeabile anche ai

soluti la situazione è più complessa, perché può esserci sia un movimento di acqua,

sia un movimento di soluti, per cui vanno seguiti più passaggi e più reazioni.

In fisiologia si parla più comunemente di tonicità, anziché di osmolarità. La tonicità è

un termine fisiologico comparativo che descrive le varie azioni del volume cellulare se

la cellula è posta in una soluzione. Non ha una unità di misura. Si dice che due

soluzioni sono isotoniche se queste non mi portano a nessuna variazione di volume

nella cellula stessa; una soluzione si dice ipotonica se mi provoca un rigonfiamento

cellulare, quindi possiamo pensare che ci sia un flusso di acqua o di soluti all'interno

della cellula; si dice ipertonica se c'è un riaggrenzimento cellulare, quindi una

diminuzione cellulare.

Variazioni eccessive del volume cellulare portano ad una perdita della funzione

cellulare stessa, se non ad una morte cellulare.

Dire che una soluzione sia isosmotica non vuol dire che la soluzione sia ipotonica.

L'osmolarità è data dal numero delle particelle, invece la tonicità dipende dal tipo di

particelle, se sono particelle che possono entrare e uscire dalla cellula oppure hanno

soltanto un effetto di tipo osmotico.

Facciamo un esempio. Poniamo che io abbia una cellula con all'interno 6 particelle. Se

le particelle dentro e fuori dalla cellula avessero le stesse caratteristiche non

succederebbe niente, perché avrei isosmolarità; invece, nella soluzione il numero delle

particelle, che è 6, è dato da 3 particelle non permeabili e 3 particelle permeabili.

Questo vuol dire che nel momento in cui io introduco la cellula nella soluzione ho un

primo momento in cui non risento di questi effetti; nel momento in cui le particelle

permeabili, che hanno una concentrazione diversa dall'interno all'esterno, riescono ad

entrare dentro la cellula, non ho più la stessa concentrazione osmotica che avevo


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kekkodis

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7 mesi fa


DETTAGLI
Esame: Fisiologia
Corso di laurea: Corso di laurea in fisioterapia (EMPOLI, FIRENZE, PISTOIA)
SSD:
Università: Firenze - Unifi
A.A.: 2018-2019

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher kekkodis di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Fisiologia e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Firenze - Unifi o del prof Bagni Maria Angela.

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