Membrana cellulare

MEMBRANA CELLULRE
MEMBRANA CELLULRE
La membrana plasmatica svolge molteplici funzioni:
Regola gli scambi di sostanze tra interno ed esterno delle cellule e degli
organismi unicellulari
Protegge l’integrità di ogni singola cellula
Mantiene le condizioni alle quali le sue attività metaboliche possono
avvenire
Coordina le attività delle differenti cellule
Nota: presenza di membrana anche nei singoli organuli
che controllano il passaggio di materiale fra i
compartimenti
all’interno
della
stessa
cellula
(mitocondrio, nucleo, cloroplasto)
MEMBRANA CELLULRE
Le membrane stabiliscono differenze di potenziale elettrico e quindi di
voltaggio tra i due lati
Differenze nelle concentrazioni chimiche (ioni e molecole differenti) e di
potenziale elettrico attraverso la membrana rappresentano forme di
energia potenziale (essenziali per molti processi cellulari)
La
membrana
Plasmatica
definisce i confini della cellula
Foto al TEM di una sottile
sezione criofissata di una cellula
del meristema dell’apice
radicale
Struttura della MC
1972 Singer & Nicholson Modello a Mosaico Fluido
Mosaico di proteine affondato in un doppio strato lipidico fluido i
cui componenti sono in costante e continuo movimento
Struttura della MC
1972 Singer & Nicholson Modello a Mosaico Fluido
Alcune delle proteine della membrana si muovono lateralmente nel
doppio strato fosfolipidico  le proteine (Globulari)formano
arrangiamenti che variano nel tempo e nel sito
Componenti principali della MC
Proteine di Membrana
Proteine integrali
membrana)
Proteine periferiche
(P.
Trans-
Componenti principali della MC
Proteine Integrali
Proteine
Trans-Membrana
2 porzioni
interna al doppio strato è idrofoba
le parti esposte (int-est) sono idrofile
Proteine Periferiche
-Ancorate
nel
citoscheletro)
sito
(tramite
-Non si protendono nell’interno
idrofobo nel doppio strato
-Sono
attaccate
alla
porzione
sporgente dei alcune proteine transmembrana
Configurazione delle proteine
Proteine trans-membrana
α-elica:
prot.
inserita
nell’interno
idrofobo
di
membrana
Estremità
basica
Differente
composizione
AA e diff.
Struttura
terziaria
Porzione
idrofila
esterna
Lunghezza
non
regolare
α-elica
Estremità
acida
multipla:
la
porzione
idrofoba
interna
allo
strato
fosfolipidico si avvolge più volte
Grandi
proteine
globulari
Componenti principali della MC
…Nelle cellule vegetali
2 tipi differenti di lipidi
Fosfolipidi (più abbondanti)
Steroli (es. stigmasterolo)
I due strati del doppio strato
hanno
concentrazioni
differenti di entrambi i lipidi
Componenti principali della MC
Localizzati
sulla
esterna
della
plasmatica
GLICOPROTEINE
superfice
membrana
CARBOIDRATI
a
catena
breve (oligosaccaridi) legati
alla
maggior
parte
delle
proteine esterne
carboidrati
glicoproteine
proteine
fosfolipidi
Necessarie per
Riconoscimento di
molecole
che
interagiscono con
la cellula
Componenti principali della MC
GLICOLIPIDI
Localizzati
sulla
esterna
della
plasmatica
superfice
membrana
CARBOIDRATI
a
catena
corta attaccati alla testa dei
lipidi del doppio strato
Componenti principali della MC
Doppio strato fosfolipidico fornisce la struttura di base e la
natura impermeabile della membrana cellulare
Le proteine sono responsabili della maggior parte delle funzioni
della membrana
Le proteine coinvolte nelle funzioni
di membrana sono enzimi
Catalizzano le reazioni associate alla
membrana stessa
Movimento dell’acqua
…trasporto dell’acqua attraverso membrana
Movimento dell’acqua secondo gradiente di potenziale idrico
Un potenziale di energia è
immagazzinata che un soggetto
grazie alla posizione che occupa
…EQUILIBRIO
l’energia
possiede
Movimento dell’acqua che va da un potenziale
idrico elevato ad uno più basso
Mantenimento del bilancio osmotico
L’acqua si muove attraverso la membrana cellulare dalla zona a bassa
concentrazione di soluto (alta [H2O]) ad una ad alta concentrazione di
soluto (bassa [H2O]) - osmosi
bassa [soluto]
alta [soluto]
H2O
H2O
esplode
si gonfia
pressione
osmotica
H2O
H2O
Movimento dell’acqua
Flusso Osmotico
Le molecole d’acqua tendono a
diffondere da una soluzione più diluita
ad una più concentrata
più diluito
Esempio
Se una membrana è permeabile
all’acqua ma impermeabile ad un
soluto avente concentrazioni diverse
ai due lati della stessa, l’acqua si
muoverà cercando di uguagliare le
concentrazioni di soluto ai due lati
della membrana
soluto
H2O
più concentrato
Cellule & Diffusione
Acqua-ossigeno-anidride carbonica e altre molecole semplici
diffondono liberamente attraverso la membrana plasmatica,
attraverso il doppio strato fosfolipidico
La diffusione richiede un ripido gradiente di concentrazione ovvero
una breve distanza e una sostanziale differenza di concentrazione e
le cellule mantengono tali gradienti attraverso le loro attività
metaboliche
…trasporto passivo
Cellule & Diffusione
isotoniche
Soluzioni
ipotoniche
ipertoniche
Due soluzioni che hanno un uguale
numero di particelle disciolte per
unità di volume-movimenti solo
sotto pressione
La soluzione che contiene minore
concentrazione di soluto
La soluzione che contiene maggior
concentrazione di soluto
Pressione osmotica
La pressione che bisogna applicare alla soluzione
per fermare il movimento dell’acqua
Potenziale osmotico
Movimento attraverso al membrana a causa del
potenziale idrico
Cellule & Diffusione
…Nel mondo vegetale
1
La cellula vegetale ha un sistema costituito
da una serie di organelli e strutture
cellulari che consente di sopportare le
differenti pressioni create dall’ambiente
esterno
La cellula vegetale assorbono acqua per osmosi e creano una pressione
idrostatica interna-questa pressione esercitata contro la parete
cellulare rende la cellula TURGIDA
PRESSIONE DI TURGORE è la pressione che
si sviluppa in una cellula vegetale in seguito
all’osmosi e/o imbibizione
Pressione di parete uguale e contraria a quella
di turgore da rendere la cellula compatta
Trasporto attraverso membrana
Osmosi
Semplice
Diffusione
Facilitata
Trasporto Attivo
Trasporto PASSIVO
Processo di diffusione dove la direzione del movimento netto è
guidato dal gradiente di concentrazione oppure, nel caso degli ioni, dal
gradiente elettrochimico
Diffusione semplice
Passaggio di piccole molecole non cariche attraverso il doppio strato
lipidico
Diffusione facilitata
proteine di TRASPORTO: facilitano il passaggio degli ioni e delle
molecole polari attraverso l’interiore idrofobo della membrana
Il soluto continua a diffondersi attraverso la membrana
nella direzione imposta dal gradiente di concentrazione
Trasporto Attraverso Membrana
Trasporto Attraverso Membrana
Utilizzano…
1
Proteine carrier o
trasportatrici
2
Proteine canale
Permettono il movimento di una sostanza attraverso la membrana ma
sempre secondo gradiente elettrochimico della sostanza stessa
TRASPORTATORI PASSIVI
PROTEINE
CARRIER O TRASPORTATRICI
Legano il soluto specifico da
trasportare
Subiscono una serie di cambi
conformazionali per consentire il
trasporto
Trasporto Attraverso Membrana
PROTEINE CANALE
Formano pori pieni di acqua che attraversano la membrana i quali, se
aperti, permettono a soluti specifici di passarvi attraverso (ioni
inorganici Na+, K+, Ca2+, Cl-)
La conduzione degli ioni comporta transitori fenomeni di legame
diano origine alla selettività delle proteine stesse
Trasporto Passivo
PROTEINE CANALE
3 direzioni dei soluti
Uniporto
Simporto
Sistemi di
Antiporto cotrasporto
Trasporto Attivo
Trasporto di una sostanza
contro il suo gradiente
elettrochimico
richiede
immissione
di
energia
supplementare
Sistema di POMPE
Trasporto Attivo
Le POMPE sono mosse da energia
chimica ATP, energia elettrica o
energia solare
POMPE Protoniche: nelle cellule vegetali
e fungine
La pompa protonica è una H+-ATPasi di membrana, ovvero un
enzima che usa energia fornita dall’idrolisi dell’ATP per trasportare
protoni (ioni H+) attraverso la membrana plasmatica contro il loro
gradiente
Processo chemiosmotico
Processi
chemiosmotici
che
avvengono
all’interno della
cellula vegetale
L’energia
che
viene prodotta
ed
accumulata
nei mitocondri e
nei
cloroplasti
viene utilizzata
per sintetizzare
ATP
Trasporto mediato da vescicole