IN QUESTA PRESENTAZIONE VENGONO
AFFRONTATI I SEGUENTI ARGOMENTI …
MEMBRANA PLASMATICA
DIFFUSIONE SEMPLICE
DIFFUSIONE FACILITATA
OSMOSI
TRASPORTO ATTIVO
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LA MEMBRANA PLASMATICA
La membrana plasmatica è un sottile involucro
di circa 7-9 nm di spessore;
essa avvolge la cellula e svolge funzioni di
– Isolamento fisico
– Regolazione degli scambi
– Sensibilità
– Supporto strutturale
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Struttura della membrana
(modello a mosaico fluido)
Il doppio strato lipidico forma una pellicola liquida nella quale
galleggiano diverse proteine, ma costituisce una barriera al
passaggio di sostanze idrofile
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Struttura della membrana
(modello a mosaico fluido)
Fluido extracellulare
canale
proteine
Citoplasma
Doppio strato
fosfolipidico
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DOPPIO STRATO
FOSFOLIPIDICO
…acqua…
…acqua…
“testa” polare
(idrofila)
“sigillo”
impermeabile
“coda” non polare
(idrofoba)
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Due membrane adiacenti
Cellula 1
Membrana
Spazio
intercellulare
Cellula 2
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LA MEMBRANA PLASMATICA
È costituita da:
• Lipidi
• Proteine
• Carboidrati
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La Membrana Plasmatica - LIPIDI
• I fosfolipidi di membrana
sono molecole
anfipatiche, con una testa
polare idrofilica ed una
coda idrofoba
• I lipidi di membrana si
assemblano
spontaneamente in
doppio strato se posti in
acqua
• Le membrane naturali si
chiudono
spontaneamente
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proteine di membrana
spazio extracellulare
aderente ma non
immersa nel doppio
strato fosfolipidico
proteina
estrinseca
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citoplasma
proteine di membrana
proteina
intrinseca
spazio extracellulare
parzialmente
o interamente
immersa nel
doppio strato
fosfolipidico
attraversa la
membrana da
parte a parte
proteina intrinseca
“transmembrana”
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citoplasma
in che modo vengono
generate e mantenute
le differenti concentrazioni
di sostanze fra ambiente
extracellulare e
citoplasma?
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Le “vie” di passaggio attraverso la membrana plasmatica
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LA MEMBRANA PLASMATICA
Il doppio strato fosfolipidico permette il libero passaggio di:
• acqua
• gas (O2, CO2)
• piccole molecole liposolubili (come ammoniaca, urea,…)
invece
Specifiche proteine di trasporto assicurano il passaggio di ioni
e molecole idrosolubili.
Si riconoscono diversi tipi di trasporto mediato da proteine:
TRASPORTO PASSIVO,
che avviene secondo gradiente
senza dispendio di energia;
TRASPORTO ATTIVO,
che avviene contro gradiente
con dispendio di energia.
Da una zona in cui la
concentrazione è maggiore, a
un’altra in cui la concentrazione
è minore
Da una zona in cui la
concentrazione è minore, a
un’altra in cui la concentrazione
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è maggiore
…cioè
il TRASPORTO PASSIVO, che avviene
secondo gradiente, è spontaneo …
mentre …
il TRASPORTO ATTIVO, NO
spostare delle sostanze contro gradiente
RICHIEDE ENERGIA
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LA MEMBRANA PLASMATICA
TRASPORTO PASSIVO
• DIFFUSIONE: trasporto di materiale da
un'area in cui esso è presente ad alta
concentrazione verso una a più bassa
concentrazione. Differenza di concentrazione
= gradiente di concentrazione.
• DIFFUSIONE FACILITATA: movimento di
molecole attraverso la membrana cellulare
tramite particolari proteine di trasporto che
formano dei canali e sono integrate nella
membrana cellulare.
• OSMOSI: diffusione di un solvente
attraverso una membrana verso una regione
ad alta concentrazione di soluto. A muoversi
è il solvente e non il soluto. Negli organismi
viventi il solvente è l'acqua e la maggior parte
delle membrane cellulari è permeabile
all'acqua.
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Prima di affrontare il tema del
trasporto di sostanze attraverso la
membrana plasmatica…
quali meccanismi regolano il
movimento di “sostanze” fra due
compartimenti qualsiasi?
per esempio, cosa
regola il movimento
di bagnanti fra due
spiagge contigue?
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DIFFUSIONE SEMPLICE
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se molti “individui” sono concentrati in una spiaggia…
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…e il passaggio dall’una all’altra è libero...
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…i bagnanti tenderanno rapidamente a distribuirsi in numero
approssimativamente uguale nelle due spiagge
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se molti “individui” sono concentrati in una spiaggia…
La diffusione semplice
è il movimento netto di
sostanze da un’area a
concentrazione
maggiore a un’area a
concentrazione minore
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DIFFUSIONE FACILITATA
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questa spiaggia è popolata da bambini e da lottatori di sumo
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mentre i bambini passano facilmente fra i paletti di recinzione, i
lottatori devono usare speciali porte girevoli
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il passaggio dei lottatori è “facilitato” dalle porte girevoli
ma se i lottatori di
sumo sono molti, si
crea una “coda”
davanti ai passaggi e
ci vorrà più tempo
perché fra le due
spiagge sia raggiunto
l’equilibrio.
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Torniamo alla cellula...
.. e al passaggio di sostanze
fra i due lati della
membrana plasmatica
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Certi composti
(troppo grandi per passare attraverso i
canali di membrana)
possono essere passivamente trasportati da
PROTEINE VETTRICI
Diffusione facilitata
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Diffusione
facilitata
Aggancio
della
molecola
alla
proteina
vettrice
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Diffusione
facilitata
Liberazione
della
molecola
nel
citoplasma
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OSMOSI
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L’OSMOSI è un caso particolare di
DIFFUSIONE e consiste nel passaggio di
acqua attraverso una MEMBRANA
SEMIPERMEABILE che separa due
soluzioni a diversa concentrazione
La MEMBRANA SEMIPERMEABILE è una
membrana che può essere attraversata
liberamente dall’acqua, ma non dalla
maggior parte di soluti in essa disciolti
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Per comprendere meglio l’osmosi,
torniamo per un momento al
meccanismo di diffusione semplice,
immaginando di condurre un piccolo
esperimento...
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questo recipiente è diviso in due da un
filtro e contiene, nel comparto di sinistra,
un’alta concentrazione di una sostanza in
grado di attraversare il filtro.
questa è
la diffusione
semplice
l’equilibrio di concentrazione viene
ristabilito dal rapido passaggio di tale
sostanza attraverso la membrana.
soluto
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Il filtro che divide questo recipiente,
invece, non consente il passaggio di
detta sostanza (le sue maglie sono
troppo fini).
l’equilibrio di concentrazione viene
ristabilito grazie al passaggio di
acqua (solvente) dal compartimento
di destra a quello di sinistra.
questa è
l’osmosi
acqua
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Per dirla in altro modo…
La maggiore presenza di soluto nel comparto di
sinistra fa sì che la concentrazione di molecole
di acqua sia inferiore rispetto a quello di destra;
quindi, si verifica un movimento di molecole
d’acqua da destra a sinistra
H2O
< conc.
H2O
> conc.
acqua
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• Due soluzioni aventi uguale
concentrazione si dicono ISOTONICHE
• Se, invece, hanno concentrazione diversa,
quella più concentrata è detta
IPERTONICA, mentre quella meno
concentrata è detta IPOTONICA
SOLUZIONE:
miscela omogenea formata da molecole di
una certa sostanza, chiamata SOLUTO,
disperse in un’altra sostanza, chiamata
SOLVENTE
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Se le due soluzioni a concentrazione
diversa sono separate da una membrana
semipermeabile…
…l’acqua si muove per OSMOSI dalla…
Soluzione IPOTONICA
Minore
concentrazione
del soluto
alla
Soluzione IPERTONICA
Maggiore
concentrazione
del soluto
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La MEMBRANA CELLULARE
si comporta come una
MEMBRANA SEMIPERMEABILE …
…così l’acqua passa
attraverso di essa per
OSMOSI
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Osmosi e cellule
• Oltre ai soluti, anche il solvente della materia
vivente, cioè l’acqua, diffonde da un lato all’altro
della membrana plasmatica.
• L’acqua è spinta in un senso o nell’altro
dall’eventuale presenza di pressione osmotica,
creata dalla differenza di concentrazione di soluti
che non attraversano la membrana
• Questo effetto ha risvolti importanti, per
esempio, in seguito a rapide variazioni di
concentrazione del plasma sanguigno.
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OSMOSI: Diffusione di acqua attraverso una membrana a permeabilità selettiva
NESSUNA VARIAZIONE
PLASMOLISI: DISTACCO
DELLA MEMBRANA
CELLULARE DALLA
PARETE
LA CELLULA NON SCOPPIA PER VIA DELLA PARETE
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CELLULARE AUMENTA IL TURGORE
Osmosi e
globuli rossi
Se il fluido
extra-cellulare è...
– Ipotonico
– Isotonico
– Ipertonico
L’effetto sui
globuli rossi è...
• Emolisi
• Nessuno
• Crenatura
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Ricapitolando:
L’Osmosi
E’ la diffusione delle molecole d’acqua
(solvente) attraverso una membrana.
Si verifica attraverso una membrana
permeabile all’acqua ma non ai soluti.
Per osmosi, l’acqua attraversa una
Membrana verso il comparto a
maggiore concentrazione di soluti.
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DIFFUSIONE SEMPLICE
DIFFUSIONE FACILITATA
e OSMOSI
sono
PROCESSI di TRASPORTO
PASSIVI
in quanto non
implicano un
dispendio
energetico
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TRASPORTO ATTIVO
COME LA DIFFUSIONE FACILITATA, ANCHE IL
TRASPORTO ATTIVO È MEDIATO DA
SPECIFICHE PROTEINE DI MEMBRANA
trasportano le
sostanze attraverso
la membrana
e le scaricano
sul lato opposto
però
MENTRE LA DIFFUSIONE FACILITATA
AVVIENE SECONDO GRADIENTE, SENZA
CONSUMO DI ENERGIA
(cioè spontaneamente)
IL TRASPORTO ATTIVO AVVIENE CONTRO
GRADIENTE, UTILIZZANDO ENERGIA
le proteine di trasporto
funzionano in una
sola direzione e possono
essere selettive
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Nel TRASPORTO ATTIVO le sostanze
sembrano infrangere le leggi della fisica
… perché si spostano …
da una zona a concentrazione minore
verso una a concentrazione maggiore
zona a
concentrazione
minore
zona a
concentrazione
maggiore
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… però i processi di
TRASPORTO ATTIVO,
per spostare sostanze contro gradiente
richiedono molta energia
Le cellule che si
servono del trasposto
attivo presentano
numerosissimi
mitocondri
Per questo
avvengono solo nelle
cellule che sanno
compiere la
respirazione
cellulare
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Inoltre…
Il trasporto contro gradiente può a sua
volta determinare la formazione di
zone a concentrazioni diverse,
cioè
generare gradienti di concentrazione
che consentono la diffusione di altre
sostanze
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Perché il trasporto attivo è
importante?
• Permette alle sostanze nutritive di entrare nelle
cellule, anche quando la loro concentrazione al
di fuori della cellula è molto bassa…
(come avviene ad esempio per il glucosio).
• Consente alla cellula di liberarsi di sostanze
indesiderate, anche nel caso in cui la loro
concentrazione sia molto elevata all’esterno
della cellula…
(come avviene ad esempio per alcuni ioni e per le vitamine)
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Alcuni esempi di
TRASPORTO ATTIVO
• le cellule renali eliminano molte sostanze di
rifiuto, grazie al trasporto attivo
• alcune alghe sono in grado di accumulare al loro
interno vari ioni in concentrazioni fino a 100 volte
superiori rispetto a quelle dell’acqua marina
• al trasporto attivo è legata la contrazione
muscolare (trasporto attivo di ioni Ca2+) e il
funzionamento delle cellule nervose (trasporto
attivo di ioni Na+ e K+)
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Ricapitolando:
Il Trasporto attivo
• È il trasporto di molecole attraverso la membrana plasmatica
mediato da una proteina transmembrana detta trasportatore di
membrana.
• A differenza di quanto avviene nel trasporto passivo, nel
trasporto attivo è richiesta una spesa energetica ed è sempre
necessaria la mediazione di un trasportatore.
• In questa forma di trasporto le
molecole si muovono contro un
gradiente elettrico, chimico o
elettrochimico.
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FINE
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