La membrana plasmatica, fermentazione e fotosintesi: concetti chiave di biologia

La membrana plasmatica

LA MEMBRANA PLASMATICA
GLI SCAMBI DELLA CELLULA
4
CapitoloLa membrana plasmatica

• La membrana plasmatica è organizzata secondo un modello a mosaico
  fluido
• È composta da un doppio strato di fosfolipidi in cui sono inserite proteine
  di membrana
• Nel doppio strato i fosfolipidi si
  dispongono con le "code"
  idrofobe di acidi grassi rivolte
  verso l'interno della membrana
  e le "teste" idrofile (gruppi
  fosfato) rivolte verso l'esterno

* fluido perché fosfolipidi e proteine
scorrono formando "mosaici" diversi che
variano in continuazione impedendo
che i fosfolipidi si compattino
solidificando
TESTE
CODE
https://www.youtube.com/watch?v=qu0V-X9D0tA
Campbell @ Sanoma Italia
Capitolo 4, LEZIONE 1 La membrana plasmatica ha una struttura di fosfolipidi e proteine
2La membrana plasmatica

• Funzioni della membrana plasmatica:
  v Isola fisicamente la cellula
  v Consente alle cellule di interagire tra loro
  V
  Regola lo scambio di sostanze con l'esterno
  versante extracellulare
  catena
  di carboidrati
  proteina canale
  proteina
  fibrosa
  proteina
  globulare
  doppio strato
  fosfolipidico
  versante citoplasmatico
  3Proteine di membrana
  Le proteine incluse nella membrana si dividono in
• Proteine integrali
  V
  immerse nel doppio strato fosfolipidico; sporgono da un lato o da entrambi i
  lati della membrana
  hanno una regione idrofoba e una o due estremità idrofile
  ▪
  Proteine periferiche
  Sono idrofile e sono «appoggiate» su un lato o sull'altro della membrana
  Peripheral protein
  Outer surface
  Phospholipid
  bilayer
  Cytoplasmic surface
  Integral protein
  4Proteine di membrana
  Le proteine di membrana hanno diverse funzioni:
• Proteine di legame: conferiscono alla cellula resistenza strutturale
  aiutandola a mantenere la sua forma
• Proteine-recettore: ricevono e veicolano all'interno della cellula i
  messaggi chimici provenienti da altre cellule
  ▪
  Enzimi: permettono a una specifica reazione chimica di avvenire in tempi
  utili
• Glicoproteine: implicate nel riconoscimento tra cellule
• Proteine di adesione: permettono la giunzione e l'interazione tra cellule
  adiacenti
  ▪
  Proteine di trasporto: coinvolte nel trasporto di molecole attraverso la
  membrana
  5LATO EXTRACELLULARE
  DELLA MEMBRANA
  LATO CITOSOLICO DELLA MEMBRANA
  CO.
  O2
  substrato
  iniziale
  enzima
  Alcune proteine
  di membrana sono
  enzimi che possono
  svolgere reazioni
  in sequenza.
  fibre della
  matrice
  extracellulare
  enzima
  prodotto finale
  fosfolipide
  molecole in
  soluzione
  nell'ambiente
  extracellulare
  colesterolo
  molecole
  segnale
  Le proteine di membrana possono formare
  giunzioni intercellulari
  che tengono unite cellule adiacenti
  recettore
  catena
  oligosaccaridica
  proteine
  di legame
  molecola
  di adesione
  7
  proteina
  canale
  proteina
  per il
  trasporto
  attivo
  molecola
  di adesione
  ATP
  glicoproteina
  proteine
  che riconoscono
  le cellule vicine
  Campbell @ Sanoma Italia
  Capitolo 4, LEZIONE 1 La membrana plasmatica ha una struttura di fosfolipidi e proteine
  6Trasporto attraverso la membrana
• Permeabilità selettiva della membrana plasmatica
  Grazie all'ambiente idrofobo all'interno del doppio strato, le molecole
  non polari attraversano facilmente la membrana
  V
  Le molecole polari vengono bloccate e dunque necessitano di proteine
  di trasporto
  Esistono diverse modalità di trasporto attraverso la membrana plasmatica
  V
  Trasporto passivo
  diffusione
  osmosi
  diffusione facilitata
  V
  Trasporto attivo
  7Diffusione
• Diffusione: fenomeno per cui le particelle tendono a distribuirsi in modo
  uniforme nello spazio a disposizione
• Le particelle si muovono da regioni in cui sono più concentrate verso zone in
  cui sono meno concentrate, cioè diffondono seguendo il proprio gradiente di
  concentrazione
• Le particelle infine raggiungono un equilibrio dinamico con una
  concentrazione uguale in ogni zona
  A
  pori
  membrana
  (in sezione)
  molecole
  di colorante
  DIFFUSIONE NETTA
  DIFFUSIONE NETTA
  I
  EQUILIBRIO
  8Diffusione
  B
  pori
  membrana
  (in sezione)
  molecole
  di colorante
  DIFFUSIONE NETTA
  DIFFUSIONE NETTA
  EQUILIBRIO
  DIFFUSIONE NETTA
  DIFFUSIONE NETTA
  EQUILIBRIO
  Anche nelle cellule gran parte delle molecole (piccole e non polari, come CO2
  o O2) si sposta liberamente attraverso la membrana plasmatica per semplice
  diffusione
  N.B. La diffusione è una forma di trasporto passivo: avviene spontaneamente
  senza consumo di energia
  9Osmosi
  ▪
  Osmosi: diffusione dell'acqua attraverso una membrana selettivamente
  permeabile (permeabile all'acqua e impermeabile ad altre molecole)
• È un trasporto passivo
  " L'acqua si sposta
  finché la
  concentrazione del
  soluto è uguale da
  entrambi i lati della
  membrana
  https://www.youtube.com/w
  atch?v=BDDqY7IZhxQ
  minore
  concentrazione
  di soluto
  maggiore
  concentrazione
  di soluto
  uguale
  concentrazione
  di soluto
  H20
  molecole
  di soluto
  membrana
  selettivamente
  permeabile
  molecola
  d'acqua
  osmosi
  molecola
  di soluto
  circondata
  da molecole
  d'acqua

Osmosi e concentrazione di soluti

• Quando due soluzioni hanno diversa concentrazione di soluti
  ( Quella in cui il soluto è più concentrato si dice ipertonica
  Quella in cui il soluto è meno concentrato si dice ipotonica
• Quando due soluzioni hanno la stessa concentrazione di soluti si dicono
  entrambe isotoniche
  A seconda che si trovi in un ambiente extracellulare isotonico, ipotonico o
  ipertonico, il movimento dell'acqua attraverso la membrana plasmatica
  avviene in direzioni diverse e ha sulla cellula effetti differenti

Osmosi: la risposta della cellula

• Immersa in una soluzione isotonica, il volume della cellula non cambia:
  l'acqua entra ed esce dalla cellula nella stessa misura
• Immersa in una soluzione ipotonica l'acqua tende a entrare nella cellula
  V
  Con il tempo la cellula si gonfia e può scoppiare
  1
  Nella cellula vegetale si genera una pressione interna (turgore) che impedisce
  l'ingresso di altra acqua
  ▪
  Immersa in una
  soluzione ipertonica,
  l'acqua tende a uscire
  dalla cellula
  SOI
  concentrazione
  di soluti all'esterno
  della cellula uguale
  a quella intracellulare
  SOLI
  concentrazione
  di soluti all'esterno
  della cellula inferiore
  a quella intracellulare
  SOL
  concentrazione
  di soluti all'esterno
  della cellula superiore
  a quella intracellulare
  A
  V
  Raggrinzisce e può
  morire per
  disidratazione
  CELLULA ANIMALE
  H2O
  H,O
  1 condizione normale
  H,O
  2
  2 lisi (la cellula
  si gonfia e scoppia)
  H,O
  3 la cellula raggrinzisce

Diffusione facilitata

• Molte molecole idrofile o di grandi dimensioni possono attraversare la
  membrana cellulare solo grazie a specifiche proteine di trasporto
• Questo tipo di trasporto passivo (che non richiede energia) è chiamato
  diffusione facilitata
• Le acquaporine sono proteine che permettono la rapida diffusione delle
  molecole d'acqua
  molecola
  di soluto
  proteina
  di trasporto

Trasporto attivo

• Le cellule sono dotate anche di meccanismi di trasporto attivo
  v per trasferire soluti contro gradiente di concentrazione
  1
  per permettere alla cellula di mantenere la concentrazione interna di
  alcune piccole molecole diversa da quella dell'ambiente circostante
  ▪
  Il trasporto attivo richiede energia, solitamente sotto forma di ATP
  UNIPORTO
  I
  citoplasma
  SIMPORTO
  ANTIPORTO
  ioni di trasporto
  citoplasma
  citoplasma

Modalità di trasporto attivo

• Esistono tre principali modalità di trasporto attivo
  /Uniporto: le proteine trasferiscono un solo tipo di molecola in un'unica
  direzione
  V
  Simporto: le proteine trasferiscono due sostanze contemporaneamente
  nella stessa direzione
  v Antiporto: le proteine trasportano due molecole diverse in direzioni
  opposte
  UNIPORTO
  SIMPORTO
  ANTIPORTO
  ioni di trasporto
  citoplasma
  citoplasma
  citoplasma
  https://w
  ww.yout
  ube.com
  /watch?
  v=j-
  9z p9yl
  y0

Antiporto: pompa sodio-potassio

• Un esempio di antiporto è il trasporto di ioni sodio e potassio: la pompa sodio-
  potassio aiuta le cellule a muovere gli ioni Na+ e K+ attraverso la membrana
  plasmatica
  concentrazione Na+ alta
  concentrazione K+ bassa
  Na+
  Na+
  Na+
  concentrazione Na+ bassa
  concentrazione K+ alta
  1
  Gli ioni Na+ nel citoplasma
  si legano alla pompa sodio-
  potassio; quando
  la proteina ha questa
  forma, l'affinità per gli ioni
  Na+ è alta.
  Na+
  Na+
  Na+
  ATP
  P
  2 || legame con gli ioni Na+
  stimola il legame di un gruppo
  fosfato dell'ATP alla proteina;
  la proteina cambia forma e
  gli ioni Na+ vengono espulsi
  all'esterno.

Pompa sodio-potassio: affinità e rilascio

• K+
  P
  P
  3
  La nuova forma della
  proteina ha un'alta affinità
  per gli ioni K+, che si legano
  sul lato esterno della cellula
  innescando il rilascio
  del gruppo fosfato.
  K+
  K+
  4
  La proteina riprende
  la forma iniziale e gli ioni
  K+ vengono rilasciati
  all'interno; l'affinità per
  gli ioni Na+ torna alta
  e il ciclo ricomincia.
  https://www.youtube.com/watch?v= bPFKDdWICg

Endocitosi ed esocitosi

La membrana plasmatica può anche:
/
Inglobare grandi molecole attraverso
l'endocitosi: dalla membrana si
formano vescicole che trasportano le
sostanze all'interno della cellula
MEMBRANA
PLASMATICA
VESCICOLA
vescicola con il materiale
da portare all'esterno
ESOCITOSI
Esportare materiali
voluminosi tramite esocitosi:
vescicole di trasporto cariche
di macromolecole si fondono
con la membrana cellulare e
liberano all'esterno il proprio
contenuto

Il citoplasma

IL CITOPLASMA
LE REAZIONI METABOLICHE DELLA CELLULA
Capitolo

La cellula trasforma l'energia

• La cellula agisce come una fabbrica chimica
  /
  È capace di compiere migliaia di reazioni
  V
  Ricava energia dalla demolizione di molecole complesse
  V
  Utilizza l'energia ricavata per fabbricare membrane e organuli,
  sintetizzare prodotti, trasportare le strutture al proprio interno o
  per spostarsi attivamente nell'ambiente
• L'adenosina trifosfato o ATP è la molecola che fornisce l'energia
  necessaria per quasi tutte le forme di lavoro cellulare
  trifosfato
  H,O
  2
  difosfato
  ADENOSINA
  P
  P
  P
  ADENOSINA
  P
  P
  +
  P
  +
  energia
  ADP
  fosfato
  ATP

Le reazioni chimiche nella cellula

• Le reazioni chimiche possono essere
  Esoergoniche: liberano energia
  A
  ENERGIA POTENZIALE DELLE MOLECOLE
  REAGENTI
  energia
  liberata
  quantità
  di energia
  liberata
  PRODOTTI
  Endoergoniche: richiedono un
  apporto di energia
  B
  ENERGIA POTENZIALE DELLE MOLECOLE
  PRODOTTI
  quantità
  di energia
  assorbita
  energia
  assorbita
  REAGENTI

Metabolismo cellulare

• Il complesso delle reazioni chimiche svolte da un organismo è indicato
  come metabolismo cellulare.
  ▪
  Le reazioni metaboliche sono di due tipi:
  v reazioni anaboliche: producono molecole complesse a partire da
  molecole più semplici. Generalmente sono endoergoniche.
  anabolic reaction
  catabolic reaction
  V
  reazioni
  cataboliche:
  demoliscono le
  molecole complesse
  in molecole più
  semplici.
  Generalmente sono
  esoergoniche.
  energy
  smaller molecules
  larger molecule
  energy
  larger molecule
  smaller molecules