METABOLISMO CELLULARE

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1 METABOLISMO CELLULARE

2 Il funzionamento della cellula Le cellule sono veri e propri esseri viventi: sono capaci di alimentarsi, di crescere, di produrre nuove sostanze, di riprodursi, di espellere rifiuti e di difendersi dagli attacchi esterni; in molti casi possono anche muoversi e naturalmente, come ogni essere vivente, muoiono.

3 La membrana cellulare videoclip La membrana cellulare, anche detta membrana plasmatica, plasmalemma o citomembrana, è un sottile rivestimento, con spessore di 5 nm (50 Å), che delimita la cellula in tutti gli organismi viventi, la separa dall'ambiente esterno e ne regola gli scambi con questo. Modello a mosaico fluido Formata in prevalenza da fosfolipidi, più precisamente un "doppio strato fosfolipidico". Nella componente lipidica si vanno a collocare, con importanti funzioni fisiologiche, le proteine, le glicoproteine e i glicolipidi,nonchè molecole di colesterolo che ne stabilizzano la struttura. Testa idrofila Code idrofobe

4 Membrana cellulare La membrana cellulare degli eucarioti è costituita da un doppio strato di fosfolipidi nel quale sono immerse delle molecole di proteine che svolgono funzioni ben precise: - alcune trasportano sostanze specifiche all interno e all esterno della cellula; - alcune formano canali o pori attraverso cui possono diffondere molecole polari per le quali il doppio strato lipidico costituisce una barriera; - altre proteine funzionano da recettori, cioè da siti specifici a cui si legano particolari sostanze come gli ormoni, - altre ancora svolgono il ruolo di catalizzatori di alcune reazioni enzimatiche. Le membrane cellulari sono membrane semi-permeabili, che si lasciano attraversare soltanto da determinate sostanze. Le sostanze possono entrare e uscire dalla cellula secondo diverse modalità: - Trasporto passivo (diffusione semplice, osmosi, diffusione facilitata); - Trasporto attivo (pompe ioniche e enzimatiche); - Trasporto di grosse molecole o citosi (endocitosi e esocitosi) Il passaggio di sostanze attraverso la membrana in forma passiva non comporta spesa di energia, mentre il trasporto attivo determina dispendio di energia che viene fornita dall ATP.

5 La diffusione In presenza di un gradiente di concentrazione, l'eccesso di massa diffonde spontaneamente dalla regione a concentrazione maggiore a quella a concentrazione minore. Schematizzazione del processo di diffusione ai lati di una membrana: a sinistra si ha una concentrazione di soluti maggiore, a destra una concentrazione di soluti minore, per cui la diffusione ordinaria di soluto (cioè in assenza di altre forze spingenti oltre al gradiente di concentrazione) avviene da sinistra verso destra, mentre.

6 La diffusione semplice L acqua, l anidride carbonica e l ossigeno sono le molecole che diffondono attraverso la membrana plasmatica per diffusione semplice. Le soluzioni ipertoniche sono quelle ricche di soluto, rispetto ad una soluzione di controllo. Le soluzioni ipotoniche sono quelle povere di soluto, rispetto ad una soluzione di controllo. Le soluzioni isotoniche hanno la stessa concentrazione di soluto della soluzione di controllo.

7 Osmosi h π Il termine osmosi indica la diffusione del solvente attraverso una membrana semipermeabile dal compartimento a maggior potenziale idrico (concentrazione minore di soluto) verso il compartimento a minor potenziale idrico (concentrazione maggiore di soluto), quindi secondo il gradiente di concentrazione, di cui la pressione osmotica (h π ) ne è la misura. Osmosi diretta Osmosi inversa L'osmosi è un processo fisico spontaneo, vale a dire senza apporto esterno di energia, che tende a diluire la soluzione più concentrata, e a ridurre la differenza di concentrazione. Il flusso netto di solvente può essere contrastato applicando una pressione al compartimento a concentrazione maggiore. Se la pressione applicata supera la pressione osmotica, otteniamo l'osmosi inversa.

8 Disidratazione e plasmolisi I globuli rossi perdono acqua quando vengono immersi in soluzione ipertonica, mentre assumono acqua se immerse in soluzione ipotonica (fino a lisare). Tutto ciò accade per diffusione passiva dell'acqua attraverso la membrana (osmosi).

9 Diffusione facilitata Nel trasporto per diffusione facilitata intervengono particolari proteine trasportatrici (carrier) che si combinano temporaneamente con le particelle da trasportare accelerandone il movimento attraverso la membrana. Il movimento avviene comunque sempre secondo il gradiente di concentrazione della sostanza, cioè dalla regione in cui ha concentrazione più alta verso la regione in cui ha concentrazione più bassa. L'attivazione del carrier può comportare consumo di energia (ATP) ma il passaggio vero e proprio non ne richiede.

10 Esempi di diffusione facilitata Canali del sodio (canali ionici) attivati da acetilcolina contrazione muscolare e trasmissione neuronale Suono stimola stereocilia delle cellule dell'orecchio interno apertura canale ionico impulso nervoso Corrente elettrica (potenziale di membrana) eccita le cellule nervose e muscolari che aprono canali ionici Trasporto del glucosio necessario alla respirazione cellulare trasportato da proteine carriers

11 Filtrazione Avviene in presenza di un gradiente di pressione positivo attraverso una membrana poco selettiva (filtro) Dai capillari sanguigni, in pressione, acqua e soluti di piccole dimensioni passano nei tubuli renali che hanno una minor pressione Il processo è poco selettivo, passano tutti i soluti mentre sono trattenute le cellule del sangue e le proteine

12 Trasporto attivo Il trasporto attivo avviene contro gradiente Il trasporto attivo richiede energia (ATP) [clip 1- active transport] [clip 2 Na-K pump]

13 Esempi di trasporto attivo Pompa Na + /K + : il citoplasma delle cellule contiene potassio ad una concentrazione 20 volte più alta dell ambiente extracellulare mentre la concentrazione di sodio è 10 volte più alta nell ambiente extracellulare Pompa H + /K + : le cellule della mucosa gastrica pompano ioni H+ all interno acidificando il succo gastrico a ph ~ 1. Trasporto Na + /glucosio : il sodio entra con gradiente nella cellula tirandosi dietro il glucosio.

14 Citosi Meccanismo che permette di trasportare, attraverso la membrana, molecole voluminose che non possono attraversare diversamente la membrana stessa. Esocitosi = trasporto verso l esterno [clip] Endocitosi = trasporto verso l interno Fagocitosi = citosi di sostanze allo stato solido Pinocitosi = citosi di sostanze allo stato liquido