Processi di trasporto: Trasporto passivo Diffusione facilitata Trasporto attivo. funzioni della membrana

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1 Processi di trasporto: Trasporto passivo Diffusione facilitata Trasporto attivo funzioni della membrana

2 Le proteine sono responsabili delle diverse funzioni di membrana : Proteine di trasporto: facilitano movimento attraverso le membrane, di nutrienti come zuccheri e Aa. Proteine canale: forniscono passaggi idrofili. Tra esse ATPasi di trasporto che sfruttano l E dell ATP per pompare ioni da una parte all altra della membrana. Proteine che trasportano e - (es.: citocromi e Fe-prot.) Enzimi come proteine ancorate a membrana Recettori : partecipano ai mecc di segnalazione intercell. Proteine di giunzione intercellulare che formano connessioni nelle giunzioni comunicanti Proteine importanti per riconoscimento ed adesione intercellulare Proteine di ancoraggio al citoscheletro e alla matrice extracellulareche stabilizzano e modellano la membrana cellulare:es: anchirina, spettrina etc. Proteine che formano connessione tra membrana e la matrice extracellulare (es: fibronectine, laminine)

3 Le membrane organizzano l attività chimica delle cellule Le membrane offrono la base strutturale per i metabolismi. Creano compartimenti discreti e al loro interno si trovano numerosi enzimi Molte proteine della membrana plasmatica sono enzimi appartenenti a squadre di catalizzatori che agiscono nella catena di montaggio delle molecole.

4 ATP Alcune proteine di membrana hanno una funzione di trasporto e aiutano le sostanze ad attraversare la membrana stessa.

5 Membrane barriere a permeabilità selettiva Æpassaggio controllato MP:Omeostasi cellulare Æ mantenimento della conc. intracell. di ioni e molecole entro valori corretti ENDO/ESO-CITOSI Æflusso di volumi materiale TRASPORTO transmembrana Æ passaggio di molecole/ioni singoli Ioni (K+, Na+, Ca2+, Cl-, H+,..) Molecole metaboliti (: zuccheri, nucleotidi, aa,..) Diffusione semplice Æ secondo gradiente- piccole molecole apolari (O2, CO2, Etoh) a cui la membrana è permeabile Diffusione facilitata o trasporto passivoæ secondo gradiente, mediato da proteine (metaboliti, ioni) Ævelocità maggiore No energia Trasporto attivo Æ contro gradiente, mediato da proteine di trasporto Æ genera gradienti elettrochimici (trasporto, sintesi ATP, potenziale membrana, impulsi nervosi) energia

6 3 Processi di trasporto

7 DIFFUSIONE SEMPLICE (trasporto passivo) Movimentospontaneo secondo gradiente di piccole molecoleapolari La direzione di spostamento dipende dalla differenza di concentrazione ai lati della membrana. Nella diffusione semplice, le sostanze diffondo attraverso le membrane senza che le cellule compiano alcun lavoro: le particelle si spostano spontaneamente da una zona dove sono più concentrate a una dove sono meno concentrate. Molecole di colorante Membrana Equilibrio Piccole molecole non polari diffondono facilmente attraverso il doppio strato fosfolipidico della membrana. Ne sono un esempio l ossigeno molecolare (O 2, essenziale per il metabolismo) e il diossido di carbonio (CO 2, un prodotto di rifiuto)

8 Diffusione facilitata: proteine canale o carrier facilitano il passaggio secondo gradiente di soluti polari e/o grandi, funzionando come corridoi selettivi Proteine canale Æ forma canale idrofilo +- selettivo, +- grande (porine, canali ionici) Proteine carrier o permeasiæcambio conformazionale Æ transfer soluto

9 Diverse modalità di trasporto mediate dai carrier

10 Il trasporto passivo per diffusione semplice e/o facilitata è essenziale per gli scambi gassosi a livello di globuli rossi nel sangue. La direzione di spostamento dell ossigeno, dell anidride carbonica dipende dalla differenza di concentrazione e quindi dal distretto corporeo in cui si trova eritrocita.

11 Trasporto attivo La cellula spende energia per spostare i soluti contro un gradiente di concentrazione il trasporto attivo richiede ATP. Proteina di trasporto Soluto ATP P ADP La proteina cambia forma P Il gruppo fosfato si allontana P 1 Legame con il soluto 2 Fosforilazione 3 Trasporto 4 Proteina originaria Figure 5.14

12 La pompa NaK espelle Na+ all esterno e fa entrare ioni k+ nella cellula Cambi conformazionali e spesa di ATP Flusso contro gradiente Si crea gradiente di ioni Na e K Tipica di cellule animali

13 Membrana plasmatica di batteri, funghi, piante;vacuoli, lisosomi,.. in queste membrane si crea un gradiente di H+ invece che di Na+

14 I gradienti creati possono essere sfruttati per trasportare altri soluti con meccansimi di trasporto accoppiato (cotrasporto) (Monosaccaridi o Aa) ATPasi di trasporto (o Na + )

15 L osmosi è la diffusione di acqua attraverso una membrana semipermeabile Nell osmosi l acqua si sposta da una soluzione nella quale la concentrazione di soluto è minore a una soluzione nella quale la concentrazione di soluto è maggiore. Il flusso si blocca quando la sua forza controbilancia la p. osmotica Minore concentrazione di soluto ipotonica Molecola di soluto Membrana selettivamente permeabile Molecole d acqua Maggiore concentrazione H 2 O di soluto ipertonica Uguale concentrazione di soluto Molecola di soluto circondata da molecole d acqua Movimento netto dell acqua

16 Per gli organismi è molto importante un equilibrio idrico tra le cellule e l ambiente circostante Il controllo dell equilibrio idrico in una cellula si chiama osmoregolazione. Le condizioni ideali per una cellula animale e una vegetale sono, rispettivamente, una soluzione isotonica e una soluzione ipotonica. Soluzione isotonica Soluzione ipotonica Soluzione ipertonica H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O Cellula animale (1) Risulta normale H 2 O H 2 O (2) Si gonfia fino a scoppiare H 2 O (3) Si contrae Membrana plasmatica H 2 O Cellula vegetale (4) Perde consistenza (5) È turgida (6) Si contrae La parete cellulare controbilancia la tendenza al rigonfiamento (vegetali, funghi, batteri) Cellule animali prive di parete riducono differenza di osmolarità grazie a pompe ioniche Æ consumo continuo di energia (pompa Na+/K+)per minimizzare differenza tonicità e rendere esterno isotonico.

17 Il vacuolo delle cell vegetali contribuisce alla p. turgore e ai fenomeni di crescita In organismi unicellulari privi di parete, come I protozoi ciliati, i vacuoli contrattili partecipano all osmoregolazione, captando ed espellendo H 2 O

18 Le molecole di grandi dimensioni vengono trasportate per esocitosi ed endocitosi Le molecole e le particelle di grandi dimensioni attraversano la membrana mediante un processo chiamato esocitosi: una vescicola, delimitata da una membrana e ripiena di macromolecole, si fonde con la membrana plasmatica riversando fuori dalla cellula il proprio contenuto. Liquido extracellulare Vescicola Proteina Citoplasma

19 ESOCITOSI Trasporto di materiale di grosse dimensioni fuori della m.plasmatica Diverse proteine sono esportate da cellule animali e vegetali tramite esocitosi. Le cellule animali secernono: ormoni, muco prot. del latte enzimi digestivi, ecc.

20 Nel processo inverso all esocitosi, l endocitosi, la cellula ingloba le macromolecole o altre particelle, formando con la propria membrana delle vescicole nel citoplasma. Formazione della vescicola Figura 5.17B

21 ENDOCITOSI Ingestione nutrienti Difesa microorganismi Riciclo materiale membrana Attraverso l endocitosi e il trasporto retrogrado la cellula può riciclare e recuperare molecole essenziali come lipidi e proteine.

22 L endocitosi può avvenire in tre modi: fagocitosi; ingestione grosse particelle( >5um)mcome aggregati molecolari, parti o cell.intere; ProtozooiÆcibo; Organismi superiori Æ fagociti specializzati fzne difesa e spazzini materiale estraneo, microorganimi invasori, detriti cell, cell. morte o danneggiate; Pinocitosi: ingestione di liquido-goccioline di fluido endocitosi mediata da recettore: clatrina dipendente (anticorpi, ormoni, ferro, vitamine, etc) Pseudopodio di un ameba Particella di cibo da ingerire Membrana plasmatica Molecole legate ai recettori proteici LM 230 TEM Citoplasma Fossetta Fagocitosi Pinocitosi Endocitosi mediata da un recettore TEM

23 ENDOCITOSI MEDIATA DA CLATRINA (endocitosi di nutrienti e molecole regolatrici es Ferro e LDL) La clatrina è un tipo di proteina di rivestimento: associandosi con le membrane ne determina incurvatura necessaria a formazione di vescicole.

24 FAGOCITOSI Particelle si legano a recettori superficialiæ Pseudopodi abbracciano corpo esterno Æ Vacuolo fagocitico Æ demolizione Come parte del loro ruolo immunitario i fagociti generano nel vacuolo fagocitico [ ] tossiche di perossido d idrogeno, ac. Ipocloroso e altri ossidanti.

25 Membrane difettose possono sovraccaricare il sangue di colesterolo Se i recettori del colesterolo nelle membrane sono pochi o non funzionano, il sangue può accumulare livelli elevati di colesterolo. Goccia di LDL Strato esterno fosfolipidico Vesicola Colesterolo Proteina Membrana plasmatica Recettore proteico Citoplasma

26 Altre proteine di membrana funzionano da recettori di messaggeri chimici provenienti da altre cellule. Messaggero chimico Recettore Figura 5.10B Molecola attivata

27 Le cellule comunicano tra loro mediante contatto diretto o inviandosi segnali a distanza sotto forma di composti chimici, come ormoni, neurotrasmettitori o fattori regolativi locali La comunicazione tra cellule è fondamentale negli organismi pluricellulari (es gli animali)

28 I recettori possono essere di superficie o intracellulari

29 La molecola di segnalazione si lega ad un recettore di membrana (o intracellulare): in seguito a questa interazione, il segnale è trasdotto (cioè codificato) e la cellula elabora una risposta/reazione

30 Sulla superficie si trovano 3 tipi di recettore: 1. Recettori-canale o associati a canale 2. Recettori associati a proteine G 3. Recettori-enzimi o associati ad enzimi

31 Con la trasduzione del segnale il recettore converte il segnale extracellulare in un segnale intracellulare che provoca cambiamenti nella cellula Gli agenti di segnalazione intracellulare sono detti secondi messaggeri: in genere sono ioni o piccole molecole diffusibili che interagiscono con varie molecole bersaglio (enzimi, canali transmembrana, ecc) trasferendo loro il segnale cascata di segnalazione secondi messaggeri: camp (regolazione Glucosio sangue) ioni Calcio (contrazione muscolare, fecondazione, impulso nervoso, secrezione, coagulazione sangue) fosfolipidi

32 Molti recettori intracellulari sono fattori trascrizionali che, in seguito al legame col messaggero, inibiscono o attivano l espressione di specifici geni La risposta cellulare ai vari segnali può consistere in: Apertura/chiusura di canali ionici di membrana Modulazione di enzimi Regolazione dell espressione di specifici geni risposte fisiologiche varie