Comunicazione fra cellula e ambiente

Omeostasi

• Capacità di un organismo di mantenere costanti le condizioni chimico-fisiche interne anche al variare delle condizioni ambientali esterne.

• Il termine "omeostasi" fu coniato da Walter Cannon nel 1926, in riferimento alla capacità del corpo di regolare la composizione e il volume del sangue e, di conseguenza, di tutti i fluidi extracellulari in cui sono immerse le cellule; deriva dal greco ómoios, "simile", e stasis, "posizione"

Omeostasi• Tutti gli organismi presentano meccanismi

omeostatici a livello di ogni singola cellula, in quanto, per vivere, le componenti di una cellula devono essere mantenute a concentrazioni più o meno uniformi.

• La membrana cellulare è responsabile del controllo delle sostanze che entrano ed escono dalla cellula: – le sostanze essenziali al metabolismo devono poter

entrare – i materiali di scarto devono poter uscire prima di

raggiungere concentrazioni tossiche

Omeostasi nella cellula: meccanismi di trasporto

• Per mantenere costanti i propri equilibri biochimici, la cellula possiede diversi tipi di meccanismi di trasporto:

• Passivo: non vi è consumo di energia • attivo: è richiesto un apporto energetico.

• l'omeostasi può essere inteso come un continuo sforzo dell’organismo e delle sue unità costitutive per mantenere le proprie caratteristiche rispetto all'ambiente esterno e la propria identità biologica.

Il passaggio delle sostanze attraverso la membrana può avvenire per:

• trasporto passivo (senza dispendio di energia)

• trasporto attivo (con impiego di energia)

Il trasporto attraverso la membrana

Trasporto passivo

Diffusione semplice

Diffusione facilitata

Osmosi.

Diffusione semplice

Una sostanza si sposta seguendo il gradiente di concentrazione : dalla zona più concentrata alla zona meno.

[concentrazione elevata] [concentrazione minore]

Lo scambio dei gas negli alveoli polmonari avviene per diffusione

Permeabilità selettivaPermeabilità selettiva

Il doppio strato di lipidi è permeabile:

• Alle molecole molto piccole (H2O, CO2, O2)

• Alle molecole liposolubli (Idrofobe, non polari)

Il doppio strato di lipidi è impermeabile:

• Alle grosse molecole e alla maggior parte delle molecole solubili in acqua.

• Agli ioni (K+, Cl-, Na+ )

Diffusione facilitata

La diffusione avviene grazie ad una proteina di trasporto.

N .B.

• Non vi è dispendio di energia

• Avviene secondo il gradiente di concentrazione

Alcune proteine di mebrana permettono il passaggio delle sostanze non liposolubili :

• Formano un canale attraverso la membrana

Oppure

• Si legano a molecole trasportatrici (carrier) che le trasportano attraverso la membrana

N.B. I canali sono generalmente selettivi : una sola ben precisa sostanza li può attraversare e nessun’altra.

Certi canali possono aprirsi e richiudersi :

Esempio: Canale ionico che permette il passaggio di anioni

Trasportatori di membrana:Trasportatori di membrana:

• Possono crearsi e distruggersi rapidamente

• Certi possono chiudersi ed aprirsi

==> Cambiano la permeabilità della membrana

• Sono spesso molto selettivi

Esempio di proteine di trasporto

Canale aperto

Canale chiuso

Osmosi Osmosi

Soluzione diluita

= ipotonica

Soluzione diluita

= ipotonica

Soluzone concentrata

= ipertonica

Soluzone concentrata

= ipertonica

Membrana permeabile all’acqua ma impermeabile al soluto

L’acqua si sposta dal lato ipotonico (diluito) al lato ipertonico (concentrato)

L ’osmosi: è l’acqua che si sposta seguendo il suo gradiente di concentrazione

Ipertonica

Ipotonica

Globuli rossi in soluzioni:• Isotonica• Ipotonica• Ipertonica

Globuli rossi in mezzo Ipertonico

L’osmosi gioca un ruolo importante nello spstamento dei liquidi all’interno dell’organismo

SANGUELiquido

interstizialeLIQUIDO

INTRACELLULARE

Un pesce vive nell’acqua di mare. Il mare è un mezzo ipo, iper o isotonico?

Acqua

(per osmosi)

Sale

(per diffusione)

Come può sopravvivere il pesce?

L’acqua di mare è Ipertonica

Trasporto attivo :

• Richiede energia

• Può avvenire in senso contrario al gradiente di concentrazione

• Necessita di un trasportatore (proteina di trasporto)

Assomiglia alla diffusione facilitata (necessita di un trasportatore) MA:

Trasporto attivo Trasporto attivo

Pompa Sodio-Potassio

Pompa Sodio-Potassio

Pompa Sodio-Potassio

Il Trasporto attivo permette alle cellule di conservare un ambiente interno differente dalla composizione dell’ambiente esterno :

Trasporto mediato da vescicole

• Esocitosi

• Endocitosi

•Endocitosi

•Esocitosi

L’endocitosi è il processo cellulare tramite il quale il materiale che deve essere introdotto nella cellula viene circondato da vescicole di membrana o da vacuoli e riversato nel citoplasma.

EndocitosiEndocitosi

Si parla di endocitosi mediata da recettori quando il passaggio di molecole specifiche all’interno della cellula avviene tramite un’introflessione della membrana cellulare che forma una vescicola membranosa. Le vescicole contengono i recettori e le molecole da essi trasportate.

endocitosi mediata da recettoriendocitosi mediata da recettori

endocitosi mediata da recettoriendocitosi mediata da recettori

Fagocitosi di un batterio

Caso particolare di endocitosi: la Fagocitosila Fagocitosi

Fagocitosi = Endocitosi di una grossa struttura

Caso particolare di endocitosi: la Pinocitosila Pinocitosi

Pinocitosi = Endocitosi sostanze liquide

Esocitosi

la cellula può secernere materiale all'esterno tramite esocitosi.Nell'esocitosi, vescicole contenenti le sostanze da espellere si fondono con la membrana plasmatica.