I sistemi biologici sono molto instabili e richiedono molta energia per mantenersi in vita, la cui fonte, in ultima analisi, per ogni organismo, è il Sole.
La radiazione solare viene poi trasformata in energia chimica che è l’unica forma di energia utilizzabile dalla cellula, attraverso la sintesi della molecola di ATP.
Energia solare ➔ Energia chimica
La cellula ed il suo ambiente
L’ambiente in cui vive ogni cellula è sempre un fluido.
Questo se si tratta di un organismo unicellulare, è rappresentato dall’acqua dolce o salata, mentre per gli organismi pluricellulari è rappresentato dal velo di liquido tra una cellula e l’altra, il liquido interstiziale che è a contatto con la membrana cellulare.
La cellula deve mantenere costante la propria costituzione interna e allo stesso tempo deve adattarsi alle condizioni ambientali che cambiano continuamente.
Fluido extracellulare
Il fluido extra cellulare è la soluzione acquosa che si trova tra le cellule. Esso è composto dal liquido interstiziale e dal plasma.
- Il liquido interstiziale media il passaggio di sostanze tra i tessuti e il sangue
- Il plasma è il liquido di drenaggio degli spazi interstiziali
- La matrice extracellulare è il materiale di collegamento e di ancoraggio delle cellule. Esso è costituito di proteine e lipidi.
A cosa serve il trasporto cellulare
Il trasporto cellulare serve a:
- acquisire nutrienti
- difendersi da sostanze nocive
- comunicare con le altre cellule
Il processo di entrata e di uscita delle varie sostanze può essere attivo o passivo, a seconda delle dimensioni delle particelle che entrano in gioco.
Trasporto passivo
Il trasporto passivo è un movimento di sostanze dentro e fuori dalla cellula attraverso la membrana cellulare che non richiede l’impiego di energia da parte della cellula.
Le forme di trasporto passivo sono:
- la diffusione semplice
- la diffusione facilitata
- la filtrazione
- l’osmosi
La diffusione semplice
La diffusione semplice consiste nel passaggio di una sostanza dalla zona a maggior concentrazione a quella a minor concentrazione, quindi seguendo semplicemente il gradiente di concentrazione.
Il gradiente di concentrazione è
la differenza di concentrazione
La diffusione dura fin tanto che la differenza di sostanza tra dentro e fuori non si annulla.
** un esempio di diffusione è il trasporto di ossigeno dagli alveoli ai polmoni.
La diffusione facilitata
La diffusione facilitata riguarda il trasporto di sostanze più grandi rispetto alla diffusione semplice e avviene grazie alla presenza di proteine che fanno da canale, le proteine carrier e si trovano in mezzo alla membrana. Le molecole entrano in questo canale e oltrepassano la membrana.
La filtrazione
La filtrazione è il trasporto di sostanze attraverso una membrana dalla parte a maggiore forza idrostatica a quella a minore forza idrostatica.
Forza idrostatica = la forza idrostatica è la spinta dal basso verso l’alto che riceve un corpo quando esso è immerso in un fluido.
Immergendo infatti un corpo in acqua, questo sposterà della massa d’acqua per farsi spazio e riceverà nel contempo una spinta verso l’alto pari al peso dell’acqua spostata.
L’osmosi
L’osmosi è una forma di trasporto passivo che sfrutta lo spostamento dell’acqua da una zona a maggiore concentrazione ad una a minore concentrazione.
A seconda della concentrazione dell’acqua si possono verificare pertanto tre situazioni:
- Soluzione isotonica – quando la concentrazione di acqua è uguale da una parte all’altra della cellula
- Soluzione ipertonica – quando la concentrazione di acqua è maggiore all’interno. In questo caso l’acqua, seguendo il gradiente di concentrazione, tende a fuoriuscire fino al raggiungimento di un equilibrio osmotico.
- Soluzione ipotonica – quando la concentrazione di acqua è maggiore all’esterno. In questo caso l’acqua, seguendo il gradiente di concentrazione, tende a entrare nella cellula fino al raggiungimento dell’equilibrio osmotico. Effetto di turgiscenza.
Quando una pianta ha giuste quantità d’acqua a disposizione le cellule diventano turgide e grazie alla robusta parete cellulare le foglie si distendono e la pianta ha un bel portamento. Questo è un caso di turgiscenza.
Situazione patologiche
Quando la situazione ipertonica supera una certa soglia, cioè la quantità del solvente all’esterno è eccessiva, porta la cellula al collasso, cioè alla plasmolisi.
Sono casi di plasmolisi quando elevate dosi di concime fanno morire la pianta, oppure quando un naufrago muore se beve l’acqua salata.
Sistemi di regolazione dei liquidi
Reni – Animali – Negli animali la concentrazione di soluti nel plasma sanguigno è regolata dai reni, mentre nelle piante sono regolate dai vacuoli.
Vacuoli – Vegetali – L’acqua attraverso le proteine acquaporine passa da una parte all’altra della membrana cellulare. Il loro canale interno è idrofilo quindi l’acqua passa facilmente per osmosi.
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Trasporto attivo
Il trasporto attivo richiede alla cellula un dispendio energetico e consente l’ingresso nella cellula di molecole di grosse dimensioni.
- Il trasporto attivo può realizzarsi anche contro il gradiente di concentrazione.
La maggior parte delle sostanze necessarie al metabolismo cellulare entrano o escono dalla cellula attraverso il trasporto attivo.
Il trasporto attivo avviene facendo entrare in gioco un trasportatore di membrana, la proteina transmembrana.
La proteina transmembrana può trasferire le sostanze in tre modi:
- una molecola per volta a senso unico – proteina transmembrana uniporto
- due molecole per volta a senso unico – proteina transmembrana simporto
- due molecole per volta a doppio senso inverso – proteina transmembrana antiporto
Forme di trasporto attivo
Esistono due forme di trasporto attivo:
- Trasporto attivo primario, che ha come conseguenza un gradiente elettrochimico
- Trasporto attivo secondario, che dipende dal gradiente elettrochimico creato dal trasporto attivo primario
** Il gradiente elettrochimico
Il gradiente elettrochimico è lo squilibrio di carico tra una parte e l’altra della membrana cellulare. Se a seguito dell’introduzione di una sostanza dentro la cellula attraverso il trasporto attivo primario (quindi con l’uso della proteina transmembrana) si genera uno squilibrio elettrostatico, cioè una distribuzione ineguale delle cariche, la differenza di potenziale elettrico genera una forza che spinge gli ioni dalla zona a maggior concentrazione a quella a minor conconcentrazione (seguendo appunto il gradiente elettrochimico).
NB ➔ Il trasporto attivo secondario avviene solo a seguito dello squilibrio prodotto dal trasporto attivo primario.
Richieste energetiche
- Il trasporto attivo primario richiede ATP per essere attivato
- Il trasporto attivo secondario, non richiede ATP direttamente per essere attivato, ma “usa” indirettamente quello impiegato dal trasporto attivo primario.
Modello della porta girevole
La proteina trasportatrice riconosce chimicamente la sostanza da trasferire, forma con essa un complesso e, utilizzando energia fornita dalla scissione dell’ATP, opera il trasferimento.
Endocitosi ed esocitosi
A coadiuvare e integrare i meccanismi di trasporto cellulare attivo c’è quello della endocitosi/esocitosi.
- Endocitosi: processo di introduzione della sostanza all’interno della cellula
- Esocitosi: processo di espulsione della sostanza all’esterno della cellula
La membrana cellulare forma delle vescicole che circondano la sostanza; le vescicole poi si scollano dalla membrana, si spostano liberamente nel citoplasma dove si aprono e liberano la sostanza. Intervengono poi i lisosomi che, intercettano la sostanza e la digeriscono.
Se l’endocitosi riguarda sostanze solide, si parla di fagocitosi; se riguarda sostanze liquide, si parla di pinocitosi.
Processo inverso per l’esocitosi.
