Meccanismi di trasporto attraverso le membrane in Biologia

Meccanismi di trasporto attraverso le membrane

• diffusione
• Osmosi
• Trasporto facilitato
• Trasporto attivo

Diffusione: movimento di molecole secondo gradiente di concentrazione -> movimento libero delle molecole importante nel citosol (permettono distribuzione corretta) Non ci sono barriere e la direzione del movimento è legata alla differenza di: · di concentrazione • di carica -> gradiente elettrochimico Tra una cellula all'altra troviamo i plasmodesmi: permettono la diffusione di molecole da una cellula a maggiore concentrazione all'altra con minor concentrazione -> plasmalemma sono in continuazione tra una cellula e l'altra

Osmosi e potenziale idrico

Osmosi: si caratterizza dal movimento del solvente attraverso la membrana semipermeabile Differenza di potenziale idrico di due componenti: · potenziale osmotico · Potenziale di pressione Si può parlare di -> il solvente va da zona con Potenziale idrico + · potenziale osmotico a zona con potenziale idrico - Potenziale idrico= - concentrazione soluti + pressione osmotica La presenza di soluto rende negativo il potenziale idrico -> Più è elevata la concentrazione minore è la resa del potenziale idrico La pressione se è maggiore influisce positivamente e viceversa se è minore Se non ho soluti e sono in ambiente normale la pressione osmotica è uguale a zero -> potenziale idrico=0 Se aggiungo zucchero 1g/l -> ho un soluto e l'effetto del potenziale osmotico mi rende negativo il potenziale idrico (no pressione) Un aumento di pressione mi porta ad un aumento in positivo del potenziale

Esempi di osmosi

Esempi: 1) A= 0.5 M (saccarosio) B= 0,5 M (glucosio) -> acqua passa sia da A a B che da B ad A in maniera identica anche se il saccarosio è maggiore del glucosio a livello della dimensione (ISOTONICA) -> è importante la concentrazione e non la dimensione 2) A= 0,5 M (saccarosio) B= 0,8 M (saccarosio) -> l'acqua passa da A a B, quindi da zona meno concentrata a zona più concentrata fino a che giungo equilibrio di concentrazione · Potenziale di soluto3) A= saccarosio 0,5 M B= NaCI 0,5 M-> si dissocia in ioni in acqua (0,5 M in Na+ e 0,5 M in CI-)-> ho una concentrazione doppia rispetto ad A -> quindi acqua va da A a B A= saccarosio 0,5 M B= NaCI 0,5 M A= saccarosio 0,5M B= NaCI 0,5 M (Na* CI") 4) B= H2O A = saccarosio = 0,5 M -> va da B ad A ma non si avrà mai un equilibrio di concentrazione : · a tempo iniziale 0 secondi il pot idrico di A =- 0,5, mentre di B=0 · In A l'acqua aumenta esercitando pressione maggiore sulla membrana -> questo porta il passaggio di acqua in B -> al tempo finale il potenziale idrico di B=0 mentre di A= - 0,5 + la pressione che aumenta fino a che arriva a A=0 (quindi quando la pressione è di 0,5) -> alla fine si avranno potenziali idrici uguali -> B=0 A=0 È importante tener conto dei potenziali idrici che contengono oltre la concentrazione anche la pressione Parete ha funzione importante di pressione-> nel modulare ingresso d'acqua Nel momento in cui cellula assorbe acqua, la parete esercita pressione verso l'interno percfheè la parete non è troppo elastica

Trasporto facilitato

Trasporto facilitato: richiede canale per il passaggio di determinate molecole (es / ioni) . Nel momento in cui il canale si apre le molecole con particolari caratteristiche (carica o dimensione ) attraversano il canale Non richiede energia e si basa su differenze elettrochimiche -> Facilita il passaggio di molecole attraverso proteine canali secondo un gradiente elettrochimico L'acqua oltre che passare x osmosi passa anche tramite acquaporine (canali) Nelle cellule vegetali nelle acquaporine passano anche perossido di idrogeno (ROS) Il trasporto avviene sempre in direzione del gradente elettrochimico -- > da maggior concentrazione a minor concentrazione

ESTERNO DELLA CELLULA Molecole d'acqua Poro selettivo per l'H2O / (acquaporina) esclusivo degy Bistrato di membrana Diffusione semplice CITOPLASMA Molecola trasportata studenti SAN Proteina canale Proteina carrier Metata Trasporto passivo (nella direzione del gradiente elettrochimico) Trasporto facilitato

Trasporto attivo

Trasporto attivo: consuma energia Un altro tipo di trasporto è operato da carrier, che lega in modo selettivo una molecola e questo riconoscimento ne media il trasporto che avviene secondo un gradiente elettrochimico. Avviene anche contro gradiente di concentrazione grazie energia (permette formazione di relax che non avvedrebbero spontaneamente) Sono di due tipologie differenti: · primario: richiede direttamente energia dall' idrolisi di ATP per portar fuori una specie chimica come protoni controgradiente Un esempio sono

1. le pompe protoniche sul plasmalemma che permette uscita di protoni nella parete
2. nel tonoplasto per entrata di protoni nel vacuolo
3. pompe H+-ATPasi sulla membrana plasmatica che trasloca ioni H+ dal citosol all'apoplasto creando un gradiente protonico

· Secondario: trasporto transmembrana di un soluto contro gradiente elettrochimico che richiede energia è accoppiato al trasporto esoergonico secondo gradiente di concentrazione di un "partner" (solitamente H+) -> cosi che si abbia una variazione di energia pari a zero L'energia necessaria per il trasporto attivo secondario di uno ione contro gradiente elettrochimico è quella liberata dal rientro nel citosol del partner (H+) secondo gradiente Es/ Condizioni create da ATP sintasi fanno si che altri trasportatori permettono ingresso di H+ da esterno cellula a interno verso gradiente di concentrazione -> trasportatore lega anche un altro soluto che passa contro gradiente di concentrazione -> il trasporto è contemporaneo I cotrasporti possono essere: · simporto: specie chimiche vettorializzate nella stessa direzione · Antiporto: una specie entra e una esce (una traina il trasporto dell'altra)

(A) (B) (C) (D) SANU (A) (B) (C) (D) ESTERNO DELLA CELLULA H' H' H' H' H' H H' H. ESTERNO DELLA CELLULA H H H H* H H* H H* H H H" H' H H H H O a aj OOO'S Membrana plasmatica Gradienti di concentrazione per S e H* S S H S S S H S S S H S S SSS S s S CITOPSa) uso esclusivo degli Riproduzione S S S H S S H S S S S S S S CITOPLASMA uso esclusivo degli studenti H S S H H H' H H studentí s H H S H H S S H' S S H H H H Riproduzione vietata ® P P H S H' S Trasporto attivo secondario La parete esercita una pressione -> l'amido primario si deve produrre per evitare che il cloroplasto scoppi, se non riesce ad esportare triosi fosfato in eccesso Pompa protonica H' H H'

Caricamento e trasporto floematico

Floema : tessuto di conduzione che trasporta sostanza organica costituito da cellule vive a differenza dello xilema che invece è costituito da cellule morte a maturità Floema -> tubi cribrosi-> placche cribrose: i tubi cribrosi hanno pori molto grossi organizzate in placche - mai significaTa Pareti cellulosopectidiche dei tubi cribrosi sono caratterizzate dalla presenza di aree cribrose aree fittamente perforate T? PLASMODESMI dove solo i pori da una quantità di pori attraverso cui passano i cordoni citoplasmatici che mettono in comunicazione le cellule conduttrici sia tra loro che con altre cellule. In alcune aree dei tubi cribrosi si differenziano in placche cribrose, con pori di dimensioni maggiori e situate sulla parete trasversale degli elementi del tubo trà un tubo e l'altro · Pareti trasversali orientate perpendicolarmente alle pareti longitudinali: placche cribrose semplici · pareti fortemente oblique e placche separate da porzioni non perforate di parete: placche cribrose composte Nei tubi cribrosi troviamo diversi organelli quali RE, AG, mitocondri ma mancano nucleo e vacuolo Per questo sono associate a cellule compagne Cellule compagne, fortemente specializzate e caratterizzate, affiancano il tubo cribroso con cui condividono l'origine. La divisione della cellula madre porta la formazione di una cellula più grande che sarà del tubo cribroso, una più piccola che sarà cellula compagna grazie ad altre divisioni. Le cellule compagne sono parenchimatiche con mitocondri con molte creste, reticolo endoplasmatico sviluppato, attivo apparato di golgi, nucleo e vacuolo Partecipano al trasporto delle sostanze nei tubi cribrosi, al quale sono annesse grazie ai plasmodesmi, con un canale più largo verso il lato del tubo cribroso e con un canale più stretto verso le cellule compagne

Esperimento sul trasporto floematico

Esperimento 1928: dimostrare sistema di conduzione che collegava le foglie con le parti piu basse della pianta Hanno decorticato un albero e notarono che la parte superiore si rigonfiava, mentre la parte inferiore rimaneva invariata Hanno identificato come passasse la sostanza organica -> Uso C14 marcato per identificazione delle vie di trasporto della sostanza organica Zone molto evidenti le cui cellule trasportavano C14

Elemento del tubo cribroso Floema nelle angiosperme Companion cell (A) (B) Sieve plate P-protein Sieve plate pore Sieve tube element Sieve tube elements Lateral sieve area Modified plastid Sieve tube element 00 Smooth endoplasmic- reticulum Branched plasmodesmata Cytoplasm Plasma membrane ·Vacuole 0 Chloroplast Thickened primary wall Nucleus Sieve plate pore Mitochondrion Sieve plate PLANT PHYSIOLOGY, Fourth Edition, Figure 10.3 0 2006 Sinauer Associates, Inc. Cellula compagna Placca cribrosa 0 Companion cell

Organismi autotrofi e vie di trasporto

12/04 Le piante sono organismi autotrofi e non necessitano di assorbire sostanza organica ma sono in grado di crearla Sono le foglie adulte a fotosintetizzare e da queste dipende a sopravvivenza di tutta la pianta -> Abbiamo degli organi sorgenti (source) di sostanza organica ed altri che ne sono riceventi (sink) Gli organi sink ricevono sostanza organica in quanto non ha strutture sintetizzanti geneticamente o non ancora mature La foglia per poter effettuare fotosintesi riceve dal terreno tramite le radici, acqua e sali minerali x produrre sostanza organica

Vie di trasporto a lunga distanza

VIA XIVEMATICA 2 vie di trasporto a lunga distanza · Via xilematica: da apparato radicale trasporta acqua e sali minerali a tutti i diversi dipartimenti della pianta · Via floematica: non ha un singolo andamento, dalle foglie trasporta la linfa elaborata non solo all'apparato radicale, ma anche alle foglie giovani, gemme, semi e frutti ecc ...

Esperimento sul trasporto della sostanza organica

Esperimento: mette in evidenza come ci sia una via prioritaria di trasporto di sostanza organica Pianta vista dall'alto in cui foglia n14 è stata contenuta in sacchetto arricchito con CO2 in cui C è C14 quindi marcato Siè andato a vedere sostanza organica marcata con C14 nelle foglie sink -> non ancora mature per fotosintesi Le foglie con verde più intenso: sostanza organica marcata C14 maggiore rispetto al verde meno intenso Immagine B: Foglie chiare sono foglie adulte(source) , mentre foglie sink più piccole (1,2,3,4,5) 1,3,6,4 hanno assorbito sostanza organica e non la 2,5,7 I fotosintati della foglia 14 vanno preferibilmente alla 6 e alla 1 La via floematica preferisce un percorso più lineare possibile. Immagine C: vengono tagliate le foglie sorgenti nel lato più basso Anche se in una situazione normale si ha un percorso lineare, se varia la situazione (es/ vengono tagliate delle foglie) il percorso varia Qui infatti la via floematica ha la direzione a raggiera verso i siti sink , permettendone la sopravvivenza

(B) 14 14 CO2 (C) 10 14CO2 7 9 11 6 2 3 4 4 8 8 3 1 7 5 / 6 9 2 11 13 15 10 Altro esempio Foglia di edera giovane che riceve fotosintati da una foglia che ha svolto fotosintesi in presenza di CO2 marcato (nero) Foglia passa da sink a source , durante la crescita, non necessitando quindi di ricevere di CO2 marcata Le punte della foglia sono le zone che diventano prima source rispetto al picciolo (ultimo) Le zone distali sono le ultime che si differenziano 12 5