Movimento delle sostanze
attraverso la membrana
plasmatica
Come fanno le sostanze ad attraversare la membrana
plasmatica
Trasporto passivo e trasporto attivo
•Il trasporto dei soluti attraverso una membrana può
essere sia passivo che attivo
•trasporto passivo: il movimento della sostanza avviene
nella direzione del suo gradiente di concentrazione
Alta concentrazione
Bassa concentrazione
•trasporto attivo: il movimento della sostanza avviene
contro il suo gradiente di concentrazione, necessita di
consumo di energia (es. ATP).
Bassa concentrazione
Alta concentrazione
Trasporto passivo
• Diffusione semplice
• Diffusione facilitata
Trasporto passivo: diffusione semplice
Alta concentrazione
Membrana
plasmatica
Bassa concentrazione
Piccole
molecole
non polari
All’equilibrio
Trasporto passivo: diffusione facilitata
La membrana plasmatica contiene diversi tipi di proteine che
mediano l’interazione tra la cellula e l’ambiente esterno
Proteine recettori
Proteine di
riconoscimento
Proteine di
trasporto
Proteine di trasporto della membrana
Diffusione facilitata
Alta
Bassa
Diffusione facilitata
Canali
•Funzionano da pori selettivi della membrana
•108 molecole/sec
•La sua apertura è regolata; quando è aperto le molecole
tendono a disporsi secondo il loro gradiente di
concentrazione
Es. canale del Potassio
voltaggio dipendente
(Determina la
specificità)
Es. acquaporine
Carriers
•La sostanza trasportata si lega ad un sito attivo del
carrier, questo determina un cambiamento conformazionale
che porta la sostanza trasportata dalla parte opposta della
membrana
•102-103 molecole/sec
•le molecole si spostano secondo il loro gradiente di
concentrazione
Trasporto attivo
il movimento della sostanza avviene contro il suo
gradiente di concentrazione, necessita di consumo di
energia (es. ATP).
Bassa concentrazione
Alta concentrazione
Pompe
•Responsabili del trasporto attivo primario
•La molecola trasportata va contro il gradiente di
concentrazione
Pompa H+ ATPasi della memebrana plasmatica
Predizione della topologia della H+-ATPasi della membrana plasmatica
H+
H+
H+ H+
Parete cellulare
Citoplasma
H+
ATP
P
H+
H+
H+
H+
H+
Pompe ioniche
Elettrogeniche
Movimento netto di
carica attraverso la
membrana
H+-ATPasi del p.m.
(V-ATPasi)
H+-PPasi
Elettroneutre
Non coinvolge movimento
netto di carica attraverso
la membrana
H+/K+-ATPasi
(mucosa gastrica)
Proteine di trasporto di memebrana
Es. Canale K+
•Canali
•Carrier
•Pompe
Trasporto passivo
Trasporto attivo
Es. H+-ATPasi
Lo spostamento di H+ ad opera della H+ATPasi genera
un un gradiente di pH. Questo gradiente di H+, detto
forza motrice protonica, rappresenta l’energia libera
accumulata
Energia libera: energia disponibile per compiere lavoro.
Dipende dall’energia per molecola e dal numero di molecole.
La forza motrice protonica è utilizzata per trasportare
diversi tipi di molecole contro i loro gradienti di
concentrazione per mezzo di carrier specifici.
Questo meccanismo di trasporto è detto
trasporto attivo secondario
Trasporto attivo primario e secondario
Esempio: trasporto del saccarosio
Fig. 4.13 Raven
Due tipi di trasportatori (carrier): simportatori e antiportatori
Gradiente di A
Gradiente di B
Il movimento delle sostanze attraverso la
membrana plasmatica e’ importante per:
•Nutrizione minerale: a livello delle cellule radicali
•Omeostasi cellulare: controllo della concentrazione
intracellulare dei soluti
•Compartimentazione intracellulare: ridistribuzione
nei diversi organuli
•Ripartizione degli assimilati fotosintetici: dalle cellule
dei tessuti sorgente a quelle pozzo
Antiporter
Precisazione sul
processo di diffusione
attraverso la
membrana plasmatica
Potenziale di membrana
Differenza di voltaggio attraverso una membrana
dovuta alla distribuzione differenziale di ioni
H+
H+
H+ H+
H+
H+
H+
H+
+
H+
Parete cellulare
Citoplasma
H+
ATP
P
DIREZIONE DI MOVIMENTO PER DIFFUSIONE DI UNA
SOSTANZA ATTRAVERSO LA MEMBRANA PLASMATICA
1. Per una molecola non carica (es. H2O, CO2, O2)
•Differenza della sua concentrazione ai due lati della
membrana (gradiente di concentrazione)
2. Per una molecola carica (es. H+, K+, Cl-, Ca2+)
•Differenza della sua concentrazione ai due lati della
membrana (gradiente di concentrazione)
•Gradiente elettrico totale o voltaggio elettrico
attraverso la membrana (potenziale di membrana)
Quando i due comparti presentano una carica differente
Esterno
Interno più negativo
= ione positivo
Direzione di flusso
in base alla
concentrazione
Direzione di flusso
in base alla carica
All’equilibrio
All’equilibrio
A una differenza di potenziale
elettrico a cavallo della
membrana corrisponde una
distribuzione diseguale di cariche
DIREZIONE DI MOVIMENTO PER DIFFUSIONE
DI UNA MOLECOLA CARICA ATTRAVERSO LA
MEMBRANA PLASMATICA
DIPENDE DAL SUO GRADIENTE DI
CONCENTRAZIONE E DAL POTENZIALE DI
MEMBRANA
CHE VIENE DEFINITO GRADIENTE
ELETTROCHIMICO DI QUELLA MOLECOLA
Quindi, per diffusione
le molecole non cariche
si spostano secondo il
loro gradiente di
concentrazione,
mentre le molecole
cariche si spostano in
base al gradiente
elettrochimico
Fisiologia vegetale e principi di Biotecnologie vegetali (Prof. Renato D’Ovidio) Tel: 0761
357323 ufficio; 0761-357228 laboratorio; email: [email protected]
Alcune caratteristiche della cellula vegetale: parete cellulare, vacuolo, plasmodesmi.
Movimento delle sostanze attraverso la membrana plasmatica: trasporto attivo e passivo;
Proteine di trasporto: canali, carrier e pompe.
Potenziale elettrochimico. Potenziale di memebrana
Potenziale idrico; Concetto del potenziale idrico; componenti del potenziale idrico;
Il trasporto dell’acqua e dei soluti nella pianta: Il movimento dell’acqua dal terreno
all’atmosfera: Importanza e caratteristiche dell’acqua; Processi di trasporto dell’acqua:
diffusione, flusso di massa e osmosi; teoria della tensione-coesione e il ruolo primario della
traspirazione; stomi e regolazione stomatica.
La nutrizione minerale.
Fotosintesi: reazioni alla luce e reazioni del carbonio. Piante C4 e piante CAM. Il trasporto dei
fotosintetati: definizione di sorgente e pozzo. Caricamento e scaricamento del floema; Ipotesi
del flusso da pressione.
Crescita e sviluppo: Gli ormoni vegetali: aspetti fisiologici delle attività ormonali. Auxine;
giberelline; citochinine; acido abscissico; etilene. Fotomorfogenesi; forme Pr e Pfr del
fitocromo; ruolo del fitocromo nella germinazione dei semi, nella percezione dell’ombra in
piante eliofile, e nella fioritura; fotoperiodismo; vernalizzazione.
Pianta e ambiente
Biotecnologie vegetali
Equazione di Nernst
Definisce la differenza di voltaggio che equilibra
la differenza di concentrazione tra due scomparti
(es. o ed i)
μo μi
o0 RT ln Co z FEo i0 RT ln Ci z FEi
zFEi zFEo RT ln Co RT ln Ci
Co
zF (Ei Eo ) RT ln
Ci
DPEi o
RT
Co
RT
Ci
EN Ei Eo
ln
ln
zF
Ci
zF
Co
DPEi o
a 25°C
RT
Co
EN Ei Eo
ln
zF
Ci
in mV
DPEi o
Co DPEi o z
log
Ci
59
Ci Co 10
Ci
10
Co
DPE i o z
59
59
Co
log
z
Ci
DPE i o z
59
Esempi
Ci Co 10
DPE = -110 mV
Ca+2 out = 1 mM
i
Ca 2
C
1 10
( 110)( 2 )
59
i
Ca2
C
110
220
59
Ca+2
int
DPE i o z
59
=?
i
3, 73
CCa
10
5370mM
2
L’equazione di Nernst può essere
utilizzata per distinguere il
trasporto passivo da quello attivo
Misurazione dei potenziali di membrana
con l’eq. Di Nernst
Equazione di Goldman
Tutti i potenziali di diffusione attraverso la membrana
sono descritti da:
RT
DE
F
P
ln K
P
K
C Ko PNa
C Ki PNa
o
i
C Na
P C
Cl
Cl
i
o
C Na
P C
Cl
Cl
L’equazione di Goldman mette in relazione i
gradienti ionici esistenti attraverso una membrana
con il potenziale di diffusione che si sviluppa
