1 in questa presentazione vengono affrontati i seguenti argomenti … membrana plasmatica diffusione...

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IN QUESTA PRESENTAZIONE VENGONO AFFRONTATI I SEGUENTI ARGOMENTI …

MEMBRANA PLASMATICADIFFUSIONE SEMPLICE

DIFFUSIONE FACILITATAOSMOSI

TRASPORTO ATTIVO

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La membrana plasmatica è un sottile involucro di circa 7-9 nm di spessore;essa avvolge la cellula e svolge funzioni di

LA MEMBRANA PLASMATICA

– Isolamento fisico– Regolazione degli scambi– Sensibilità– Supporto strutturale

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Il doppio strato lipidico forma una pellicola liquida nella quale galleggiano diverse proteine, ma costituisce una barriera al

passaggio di sostanze idrofile

Struttura della membrana(modello a mosaico fluido)

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Citoplasma

Fluido extracellulare

Doppio strato fosfolipidico

proteine

canale

Struttura della membrana(modello a mosaico fluido)

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DOPPIO STRATO FOSFOLIPIDICO

“coda” non polare (idrofoba)

“testa” polare (idrofila)

…acqua…

…acqua…

“sigillo” impermeabile

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Due membrane adiacenti

Cellula 1

Cellula 2

Membrana Spazio intercellulare

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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

9citoplasma

spazio extracellulare

proteina estrinseca

aderente ma non immersa nel doppio strato fosfolipidico

prot

eine

di m

embr

ana

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prot

eine

di m

embr

ana

citoplasma

spazio extracellulareproteina intrinseca

proteina intrinseca “transmembrana”

attraversa la membrana da parte a parte

parzialmente o interamente immersa nel doppio strato fosfolipidico

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in che modo vengonogenerate e mantenute

le differenti concentrazionidi sostanze fra ambiente

extracellulare ecitoplasma?

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Le “vie” di passaggio attraverso la membrana plasmatica

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LA MEMBRANA PLASMATICA

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.

invece

Il doppio strato fosfolipidico permette il libero passaggio di:• acqua• gas (O2, CO2)• piccole molecole liposolubili (come ammoniaca, urea,…)

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 è maggiore

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…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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quali meccanismi regolano il movimento di “sostanze” fra due

compartimenti qualsiasi?

Prima di affrontare il tema del Prima di affrontare il tema del trasporto di sostanze attraverso la trasporto di sostanze attraverso la membrana plasmatica…membrana plasmatica…

per esempio, cosa per esempio, cosa regola il movimento regola il movimento di bagnanti fra due di bagnanti fra due spiagge contigue?spiagge contigue?

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DIFFUSIONE SEMPLICEDIFFUSIONE 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 sempliceè il movimento netto di sostanze da un’area a concentrazione maggiore a un’area a concentrazione minore

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DIFFUSIONE FACILITATADIFFUSIONE 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 ma se i lottatori di sumo sono molti, si sumo sono molti, si crea una “coda” crea una “coda” davanti ai passaggi e davanti ai passaggi e ci vorrà più tempo ci vorrà più tempo perché fra le due perché fra le due spiagge sia raggiunto spiagge sia raggiunto l’equilibrio.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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OSMOSIOSMOSI

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La MEMBRANA SEMIPERMEABILE è una membrana che può essere attraversata liberamente dall’acqua, ma non dalla maggior parte di soluti in essa disciolti

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

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Per comprendere meglio l’osmosi, torniamo per un momento al meccanismo di diffusione semplice, immaginando di condurre un piccolo esperimento...

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.

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.

l’equilibrio di concentrazione viene ristabilito dal rapido passaggio di tale sostanza attraverso la membrana.

l’equilibrio di concentrazione viene ristabilito dal rapido passaggio di tale sostanza attraverso la membrana.

questa èquesta èla diffusionela diffusione

semplicesemplice

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).

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.

l’equilibrio di concentrazione viene ristabilito grazie al passaggio di acqua (solvente) dal compartimento di destra a quello di sinistra.

questa èquesta èl’osmosil’osmosi

acqua

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Per dirla in altro modo…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

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 Soluzione IPERTONICAalla

Minore concentrazione

del soluto

Maggiore concentrazione

del soluto

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La MEMBRANA CELLULAREsi comporta come unaMEMBRANA 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 Oltre ai soluti, anche il solvente della materia vivente, cioè l’vivente, cioè l’acquaacqua, diffonde da un lato all’altro , diffonde da un lato all’altro della membrana plasmatica.della membrana plasmatica.

• L’acqua è spinta in un senso o nell’altro L’acqua è spinta in un senso o nell’altro dall’eventuale presenza di dall’eventuale presenza di pressione osmoticapressione osmotica, , creata dalla differenza di concentrazione di creata dalla differenza di concentrazione di soluti che non attraversano la membranasoluti che non attraversano la membrana

• Questo effetto ha risvolti importanti, per Questo effetto ha risvolti importanti, per esempio, in seguito a rapide variazioni di esempio, in seguito a rapide variazioni di concentrazione del plasma sanguigno.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

PARETELA CELLULA NON SCOPPIA PER VIA DELLA PARETE

CELLULARE AUMENTA IL TURGORE

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Se il fluidoextra-cellulare è...

– Ipotonico– Isotonico– Ipertonico

L’effetto suiglobuli rossi è...

• Emolisi• Nessuno• Crenatura

Osmosi e globuli rossi

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Ricapitolando:

L’OsmosiE’ 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 amaggiore concentrazione di soluti.

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DIFFUSIONE SEMPLICEDIFFUSIONE FACILITATA

e OSMOSI sono

PROCESSI di TRASPORTO PASSIVI

in quanto in quanto non non implicanoimplicano un un dispendio dispendio energeticoenergetico

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COME LA DIFFUSIONE FACILITATA, ANCHE IL TRASPORTO ATTIVO È MEDIATO DA SPECIFICHE PROTEINE DI MEMBRANA

trasportano le sostanze attraverso

la membranae le scaricano

sul lato opposto

le proteine di trasportofunzionano in una

sola direzione e possonoessere selettive

TRASPORTO ATTIVOTRASPORTO ATTIVO

però

MENTRE LA DIFFUSIONE FACILITATA AVVIENE SECONDO GRADIENTE, SENZA CONSUMO DI ENERGIA

(cioè spontaneamente)

IL TRASPORTO ATTIVO AVVIENE CONTRO GRADIENTE, UTILIZZANDO ENERGIA

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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 aconcentrazioneminore

zona aconcentrazione

maggiore

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… però i processi diTRASPORTO ATTIVO,

per spostare sostanze contro gradienterichiedono molta energia

Per questo avvengono solo nelle

cellule che sanno compiere la

respirazione cellulare

Le cellule che si servono del trasposto

attivo presentano numerosissimi mitocondri

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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

Inoltre…

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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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Il Trasporto attivo

• È il trasporto di molecole attraverso la membrana plasmatica mediato da una proteina transmembrana detta trasportatore di membrana.

Ricapitolando:

• In questa forma di trasporto le molecole si muovono contro un gradiente elettrico, chimico o elettrochimico.

• 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.

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FINE