Trattazione sui meccanismi relativi ai trasporti di membrana

TRATTAZIONE SUI MECCANISMI relativi ai trasporti di membrana

La membrana plasmatica è un sottile rivestimento che avvolge la cellula. Essa ha il compito di regolare gli scambi di sostanze, separa la cellula dall'ambiente esterno, interviene nella comunicazione cellula-ambiente attraverso le proteine intrinseche, perfetto canale di passaggio, e nella comunicazione cellula-cellula per mezzo delle proteine estrinseche, che servono a costruire, riparare ecc. la cellula.

La membrana è costituita da un doppio strato fosfolipidico. Questa struttura permette di formare una membrana selettivamente permeabile, cioè consente il passaggio di alcune sostanze mentre impedisce il passaggio di altre. Il citoplasma costituisce la massa cellulare all'interno della membrana. Ha una consistenza vischiosa ed è composto prevalentemente di acqua, sali minerali e sostanze organiche. Sopra la membrana possiamo trovare i recettori, carboidrati che captano gli ormoni.

I.        LA DIFFUSIONE

Il moto di molecole o ioni da un'area a maggiore concentrazione ad una di minore concentrazione                         fino a raggiungere l'equilibrio in ogni punto è detto diffusione. La diffusione può essere denominata semplice quando le sostanze che vengono trasportate sono O₂ , C₂ , acqua pura ecc., o denominata facilitata quando le sostanze a cui ci si riferisce sono zuccheri, ioni ecc.

II.     LA PERMEABILITA'

Quindi, oltre a muoversi attraverso liquidi e gas, le molecole possono diffondersi anche attraverso sostanze più consistenti, purché dotate di spazi attraverso i quali esse possono passare. Un materiale è detto permeabile a certe molecole se permette loro di attraversarlo.

La diffusione di molecole attraverso una membrana è dovuta a differenze di concentrazione e non richiede alcun consumo energetico da parte della cellula, perciò si chiama trasporto passivo il movimento di molecole attraverso una membrana senza utilizzazione di energia (ATP).

La diffusione è un tipo di trasporto passivo.

III.           PERMEABILITA' SELETTIVA E OSMOSI

Una barriera che consente solo a particolari sostanze di attraversarla è selettivamente permeabile o semipermeabile. La membrana plasmatica, come abbiamo detto prima, è appunto semipermeabile. Piccole molecole, come ossigeno e anidride carbonica, si muovono facilmente fra le molecole proteiche e fosfolipidiche, mentre certe molecole o ioni di grosse dimensioni non sono in grado di farlo.

L'osmosi si ha invece quando molecole di solvente si diffondono attraverso una membrana semipermeabile da un'area di maggiore a una di minore concentrazione. Tanto nella diffusione quanto nell'osmosi le molecole si muovono secondo un gradiente di concentrazione, cioè da una maggiore a una minore concentrazione, perciò il processo non richiede dispendio di energia da parte della cellula ed anche l'osmosi è una forma di trasporto passivo.

Dato che le molecole d'acqua continuano a entrare nel sacchetto più velocemente di quelle che escono, la pressione all'interno aumenta. La pressione prodotta dall'osmosi è detta pressione osmotica. L'aumento della pressione osmotica fa cambiare la forma del sacchetto, che si gonfia nel medesimo modo in cui la tensione dell'aria modifica la forma di un palloncino. Dal momento che la pressione osmotica aumenta, le molecole interne collideranno più frequentemente e gli urti spingeranno alcune molecole fuori dal sacchetto. Ad un certo punto le molecole che urtandosi verranno spinte fuori dal sacchetto saranno tante quante le molecole che entreranno per osmosi. Tale punto, in cui il numero di molecole che escono dal sacchetto è uguale a quello delle molecole che vi entrano, si chiama equilibrio.

IV.           CELLULE ANIMALI E OSMOSI

Le cellule animali si comportano all'incirca come il sacchetto di cellulosa.

Un globulo rosso, per esempio, è costituito per circa l'80% da acqua; se viene posto in acqua pura, il suo contenuto sarà ipertonico, e saranno pertanto più le molecole che tenderanno ad entrare di quante cercheranno di uscire; la cellula quindi si rigonfia e, se il processo continua, alla fine la pressione osmotica può provocarne l'esplosione. Tale fenomeno è descritto come emolisi o in genere citolisi.

Se un globulo rosso viene posto invece in una soluzione ipertonica, le molecole tenderanno a lasciare la cellula, la pressione osmotica diminuirà e, come risultato della perdita di acqua, la cellula si raggrinzirà fino a morire per disidratazione.

V.      TURGORE E PLASMOLISI

A differenza delle cellule animali quelle vegetali sono circondate da una rigida parete cellulare:

Quando una cellula vegetale è immersa in una soluzione ipotonica le molecole d'acqua che entrano ne causano l'espansione; la cellula però non scoppia in quanto la parete cellulare resiste alla pressione osmotica.

La pressione osmotica che agisce all'interno della cellula vegetale è detta turgore.

Quando una cellula vegetale è immersa in un liquido ipertonico si avrà una fuoriuscita di molecole d'acqua; in conseguenza di ciò la pressione osmotica, e quindi il turgore, diminuisce ed il citoplasma si distacca dalla parete cellulare.

Questa perdita di turgore è detta plasmolisi ed è ciò che provoca l'appassimento delle piante.

Una cellula per mantenere l'omeostasi, cioè la stabilità dell'ambiente interno, deve essere in grado di mantenere alte concentrazioni di sostanze che possono trovarsi viceversa in basse concentrazioni nell'ambiente circostante. Per conseguire un tale risultato è spesso necessario muovere molecole attraverso la membrana plasmatica contro la direzione della diffusione, cioè contro il gradiente di concentrazione. Affinché tale movimento avvenga, la cellula deve spendere energia. Lo spostamento di molecole che richiede energia cellulare è detto trasporto attivo.

I.        LE PROTEINE DI TRASPORTO

Molecole idrosolubili quali gli aminoacidi sono portate all'interno della cellula grazie ad una forma di trasporto attivo. In questo processo la cellula utilizza una proteina specifica, detta proteina di trasporto, immersa nella membrana plasmatica. Quando una particolare molecola giunge a contatto della cellula, la proteina di trasporto si lega ad essa e ne facilita l'ingresso girando a 180° e rilasciandola all'interno della cellula grazie all'energia ATP.

II.     TRASPORTO PER MEZZO DI VESCICOLE

Alcune macromolecole possono entrare nelle cellule senza coinvolgere le proteine di trasporto, in quanto vengono inglobate grazie ad estroflessioni della membrana plasmatica.

Il trasporto di molecole nella cellula per mezzo di vescicole è chiamato endocitosi e richiede energia cellulare. Più propriamente, quando le sostanze introdotte sono solide, si parla di fagocitosi, mentre quando sono in soluzione si usa il termine pinocitosi.

Molecole di grandi dimensioni possono anche essere rilasciate dalle cellule mediante vescicole per mezzo di un processo chiamato esocitosi. Tanto l'endocitosi quanto l'esocitosi richiedono energia cellulare.

Lo spostamento delle molecole d'acqua durante l'osmosi dipende dalla concentrazione.

Una soluzione ipertonica è caratterizzata da una concentrazione di sostanze disciolte maggiore di una soluzione di confronto e le molecole di solvente tendono a muoversi verso la soluzione ipertonica , dove la loro concentrazione è minore (es. un sacchetto contiene il 10% di amido e il 90% d'acqua).

Una soluzione ipotonica contiene una concentrazione di sostanze disciolte inferiore a quella di una soluzione di confronto e le molecole di solvente tendono a fuoriuscire (es. un sacchetto contiene il 10% di amido e il 90% di acqua, mentre il liquido circostante è costituito per il 20% da amido e per l'80% da acqua).

Una soluzione isotonica presenta lo stato d'equilibrio, poiché la composizione del sacchetto è identica a quella del liquido circostante e quindi le molecole di solvente attraversano la membrana di cellulosa in entrambe le direzioni alla stessa velocità.

In laboratorio abbiamo osservato il fenomeno dell'osmosi e del turgore attraverso l'uso della membrana da dialisi. Dalle parole quindi siamo passati ai fatti.

Nel primo esperimento abbiamo posto in un sacchetto (che funge da membrana cellulare) una soluzione di acqua e amido, mentre abbiamo messo in un becker una soluzione di iodio e acqua. Abbiamo quindi annodato il sacchetto introducendolo successivamente nel becker.

Abbiamo osservato che:

lo iodio entra nel sacchetto, che si colora e si gonfia, poiché entra anche l'acqua cercando l'equilibrio da una zona a maggiore concentrazione ad una a minore (osmosi secondo gradiente). Questo avviene infatti perché dal sacchetto non può uscire l'amido e neanche l'acqua, poiché è meno concentrata di quella contenuta nel becker. L'ambiente esterno è quindi ipotonico rispetto all'ambiente interno.

Successivamente abbiamo provato l'esperimento al contrario; abbiamo quindi messo in un secondo sacchetto una soluzione di acqua e iodio, in un becker invece una soluzione di acqua e amido. Abbiamo introdotto il sacchetto annodato nel becker.

Abbiamo osservato che:

poiché l'ambiente esterno è ipertonico rispetto a quello interno, il sacchetto si restringe, cosicché escono l'acqua e lo iodio. Dunque avviene anche qui l'osmosi.

Nel terzo esperimento, dopo aver messo in un sacchetto acqua pura, lo abbiamo immerso in un becker contenente una soluzione di acqua e sale.

Abbiamo osservato che:

il sacchetto si restringe perché dentro c'è maggiore concentrazione di acqua rispetto all'esterno (ambiente ipotonico), essa quindi esce per cercare l'equilibrio. Avviene quindi un terzo fenomeno di osmosi.

Abbiamo simulato la parete cellulare di una cellula vegetale, usando, insieme alla membrana da dialisi contenente acqua e cloruro di sodio (sale), anche una provetta contenente H₂O. In questo caso avviene il turgore, perché il sacchetto si gonfia, ma non scoppia grazie alla protezione della parete cellulare.

CONCLUSIONE: In conclusione sono riuscito ad osservare ad occhio nudo il fenomeno dell'osmosi e del turgore. Tutto questo è stato possibile grazie soprattutto alla disponibilità di membrane da dialisi, sacchetti che fungono da membrane cellulari. Ho costatato che, se si verifica l'osmosi, si ha come conseguenza l'esplosione del sacchetto, se si verifica il turgore invece il sacchetto si gonfia, ma non scoppia, perché protetto dalla parete cellulare.