Le Funzioni della Membrana Cellulare

Funzioni della Membrana Cellulare

• Una funzione chiave della membrana cellulare è permettere gli scambi con l'ambiente extracellulare.
• Questi scambi avvengono attraverso meccanismi di trasporto.

Flusso di Massa

• Il flusso di massa è il principale tipo di trasporto biologico nei compartimenti.
• Dipende da un gradiente di pressione, che fa fluire il liquido da una zona di alta a bassa pressione; un esempio è il sangue/aria.

Permeabilità di Membrana

• La membrana cellulare è selettivamente permeabile.
• Permeabile significa che consente ad una sostanza di attraversarla.
• Impermeabile significa che non permette ad una sostanza di attraversarla.
• La permeabilità della membrana dipende dalla sua composizione lipidica e proteica.
• La dimensione delle molecole e la solubilità nei lipidi influenzano il movimento delle molecole attraverso la membrana.

Trasporti di Membrana

• I movimenti attraverso la membrana cellulare sono classificati in base alla loro necessità energetica.
• Il trasporto passivo non richiede energia.
• Il trasporto attivo richiede energia, solitamente sotto forma di legame con il fosfato dell'ATP.

Diffusione

• La diffusione è un trasporto passivo che sfrutta l'energia cinetica intrinseca delle molecole.
• Le particelle si spostano da un'area ad alta a bassa concentrazione, cercando di distribuirsi uniformemente nello spazio disponibile.

Proprietà Generali della Diffusione

• La diffusione non richiede energia esterna, ma sfrutta l'energia cinetica.
• Le molecole si muovono seguendo il loro gradiente chimico.
• Il movimento netto continua fino a quando la concentrazione della molecola è uguale su entrambi i lati della membrana.
• La diffusione è più rapida su brevi distanze ed è correlata alla temperatura.
• La diffusione è inversamente correlata al peso e alle dimensioni della molecola.
• La diffusione può avvenire in un sistema aperto o attraverso una barriera, come la membrana cellulare.

Proprietà Generali che Influenzano la Velocità di Diffusione

• La diffusione è più veloce se l'area della superficie della membrana è più ampia e la membrana è più sottile.
• Un alto gradiente di concentrazione e una maggiore permeabilità della membrana alla molecola accelerano la diffusione.
• La permeabilità di una membrana ad una molecola dipende dalla solubilità lipidica, dimensione e composizione lipidica della membrana.

Gradiente Elettrochimico

• Gli ioni possiedono cariche elettriche.
• Il loro movimento è influenzato sia dal gradiente chimico che da quello elettrico.

Legge di Fick

• La legge di Fick della diffusione racchiude le regole della diffusione semplice in un'equazione matematica.

Trasporto Mediato da Proteine

• La maggior parte delle molecole non possono attraversare la membrana cellulare per diffusione.
• Molte molecole usano invece un trasporto mediato da proteine.
• La diffusione facilitata avviene quando le proteine trasportano le molecole secondo il loro gradiente di concentrazione senza l'utilizzo di energia.
• Il trasporto attivo implica che le proteine trasportino le molecole contro il gradiente di concentrazione utilizzando ATP.

Proteine Canale

• Le proteine canale sono formate da subunità che creano corridoi che collegano il compartimento intra- ed extracellulare.
• I canali per l'acqua sono formati da acquaporine.
• I canali ionici possono essere più o meno specifici.
• La selettività è data dal diametro e dalla carica elettrica del lume.

Tipi di Proteine Canale

• I canali aperti si mantengono aperti per la maggior parte del tempo.
• I canali controllati si aprono solo in seguito a specifici segnali.
• I canali operati chimicamente si aprono quando regolati da molecole chimiche.
• I canali voltaggio-dipendenti si aprono in base allo stato elettrico della cellula.
• I canali operati meccanicamente rispondono a forze fisiche.

Proteine Trasportatrici (Carrier)

• I carrier legano substrati specifici e li trasportano attraverso la membrana mediante un cambiamento conformazionale.

Classificazione dei Carrier

• Gli uniporti trasportano un solo tipo di molecola.
• I cotrasporti trasportano più tipi di molecole.
• I simporti trasportano le molecole nella stessa direzione.
• Gli antiporti trasportano le molecole in direzioni opposte.

Diffusione Facilitata

• La diffusione facilitata utilizza carrier che non hanno bisogno di energia per lo spostamento delle molecole.

Trasporto Attivo

• Il trasporto attivo sposta le molecole contro il loro gradiente di concentrazione, creando uno stato di disequilibrio.
• L'energia utilizzata deriva dall'idrolisi dell'ATP, una reazione chimica che libera energia.

Tipi di Trasporto Attivo

• Il trasporto attivo primario (diretto) utilizza energia derivante direttamente dall'ATP.
• Il trasporto attivo secondario (indiretto) utilizza l'energia potenziale immagazzinata nel gradiente di concentrazione di una molecola per spingere le altre contro gradiente.

Na+/K+ ATPasi (Trasporto Attivo Primario)

• La Na+/K+ ATPasi utilizza energia e fosfato inorganico (Pi) dall'ATP per spostare ioni attraverso una membrana.

Meccanismo del SGLT (Trasporto Attivo Secondario)

• Na+ Glucosio (SGLT) sfrutta indirettamente l'ATP utilizzando il gradiente di concentrazione accoppiato al movimento del sodio.

Caratteristiche dei Trasporti Mediati da Carrier

• Specificità: un carrier può trasportare solo un tipo di molecola o un gruppo di molecole strettamente correlate.
• Competizione: substrati simili competono per il sito di legame del trasportatore.
• Saturazione: il tasso di trasporto di una molecola dipende sia dalla concentrazione che dal numero di carrier disponibili.

Trasporto Mediante Vescicole

• Il trasporto mediante vescicole include fagocitosi, pinocitosi ed endocitosi/esocitosi.
• La fagocitosi implica l'ingestione di particelle solide.
• La pinocitosi implica l'ingestione di fluido extracellulare.
• L'endocitosi/esocitosi sono processi di trasporto che utilizzano vescicole per far entrare o uscire materiali dalla cellula.