Definizione di permeabilità selettiva

La permeabilità selettiva è una proprietà delle membrane cellulari che consente solo a determinate molecole di entrare o uscire dalla cellula. Questo è importante affinché la cella mantenga il suo ordine interno indipendentemente dalle modifiche all’ambiente. Ad esempio, acqua, ioni, glucosio e anidride carbonica potrebbero dover essere importati o esportati dalla cellula a seconda della sua attività metabolica., Allo stesso modo, le molecole di segnalazione potrebbero dover entrare nella cellula e le proteine potrebbero dover essere rilasciate nella matrice extracellulare. La presenza di una membrana selettivamente permeabile consente alla cellula di esercitare il controllo sul quantum, sui tempi e sulla velocità di movimento di queste molecole.

Il movimento attraverso una membrana selettivamente permeabile può avvenire attivamente o passivamente. Ad esempio, le molecole d’acqua possono muoversi passivamente attraverso piccoli pori sulla membrana. Allo stesso modo, l’anidride carbonica rilasciata come sottoprodotto della respirazione si diffonde rapidamente fuori dalla cellula. Alcune molecole vengono trasportate attivamente., Ad esempio, le cellule del rene consumano energia per riassorbire tutto il glucosio, gli amminoacidi e le vitamine dal filtrato glomerulare anche contro il gradiente di concentrazione. Il fallimento di questo processo porta alla presenza di glucosio o sottoprodotti del metabolismo delle proteine nelle urine; un segno di racconto del diabete.

Struttura delle membrane selettivamente permeabili

Le membrane cellulari non sono facilmente visualizzate con microscopi ottici., Pertanto, le ipotesi sulla loro esistenza sorsero solo alla fine del 19 ° secolo, quasi duecento anni dopo che sono state osservate le prime cellule. In vari punti, diversi modelli hanno tentato di spiegare come la struttura della membrana supporta la sua funzione. Inizialmente, la membrana doveva essere un semplice strato lipidico che delimitava il citosol dalla regione extracellulare. Successivamente, i modelli includevano regioni gel-simili semipermeabili in un mare lipidico per spiegare il movimento dell’acqua ma non le particelle cariche., Successivamente, è stata proposta la presenza di pori, consentendo alle piccole molecole di muoversi liberamente.

Attualmente si dice che la membrana cellulare sia costituita da un doppio strato fosfolipidico selettivamente permeabile i cui domini idrofili affrontano gli ambienti acquosi all’interno e all’esterno della cellula e domini idrofobici si fronteggiano per formare un doppio strato. Questo doppio strato lipidico è punteggiato da molecole di colesterolo, glicolipidi e proteine che sono ancorate o attraversano l’intera membrana., Queste proteine formano canali, pori o porte per mantenere la permeabilità selettiva di ioni, molecole di segnalazione e macromolecole in base alle esigenze della cellula.

La membrana Nucleare, ha una struttura diversa da tutte le altre membrane della cellula. Ha complessi di pori nucleari – complessi multiproteici simili a cestelli che sono liberamente permeabili all’acqua ma mediano rigorosamente il trasporto nucleare delle macromolecole., Le importine e le esportine sono due classi di proteine che sono attivamente coinvolte nel trasporto nucleare. Entrambi sono ad alta intensità energetica e ogni evento di trasporto comporta l’idrolisi di un legame fosfato ad alta energia su un trifosfato di guanosina. La direzionalità del movimento richiede anche la presenza di una piccola molecola chiamata Ran, che ha un’affinità differenziale per i suoi substrati in base al fatto che sia legata a GTP o GDP.,

Funzione della permeabilità selettiva

La permeabilità selettiva è fondamentale per creare un ambiente nettamente diverso all’interno della cellula rispetto alla matrice extracellulare. È ugualmente rilevante nel mantenere l’integrità di vari organelli all’interno della cellula. Ogni organello è un piccolo compartimento con una funzione specializzata, che richiede concentrazioni ottimali di proteine, piccole molecole e ioni., Ad esempio, la respirazione cellulare all’interno di un mitocondrio richiede che le proteine che aiutano questo processo vengano importate selettivamente nell’organello e che la sua chimica interna rimanga inalterata dagli altri processi metabolici del citoplasma. Allo stesso modo, dopo che un neurone trasmette un segnale elettrochimico, ha bisogno di recuperare e tornare al suo potenziale di riposo per consentire il prossimo ciclo di attività eccitatoria. Lo stesso accade in ogni cellula del muscolo cardiaco ogni volta che il cuore batte., Questi cambiamenti rapidi e su larga scala nelle proprietà elettrochimiche di queste cellule sono necessari per la loro funzione e richiedono la presenza di una membrana che sia selettivamente permeabile.

La permeabilità selettiva delle membrane è particolarmente importante per il trasporto attraverso la membrana nucleare nelle cellule eucariotiche. Proteine, acidi nucleici e nucleotidi coinvolti nella trascrizione devono essere trasportati selettivamente ed efficientemente nel nucleo e i prodotti della trascrizione devono essere esportati in modo tempestivo., Il nucleo ha un microambiente distinto rispetto al citoplasma e meccanismi di trasporto attivi sono al lavoro per mantenere questa distinzione.

Proteine che mediano la permeabilità selettiva

La permeabilità selettiva è mediata da speciali proteine che attraversano la membrana cellulare. Sono coinvolti nel movimento di ioni e piccole molecole così come grandi polimeri come RNA e proteine. Questo movimento può essere passivo o attivo – con o senza il dispendio di energia.

Ad esempio, gli ioni vengono trasportati attraverso membrane selettivamente permeabili attraverso canali e pompe., Mentre i canali sono per il trasporto passivo, le pompe ioniche mediano il trasporto attivo primario contro un gradiente di concentrazione, con l’idrolisi di un legame fosfato ad alta energia.

Il trasporto attivo può anche essere accoppiato con il movimento di un’altra molecola. Questo può essere attraverso una proteina symporter – dove due molecole vengono trasportate nella stessa direzione-o antiporter proteina – dove le molecole vengono deviate in direzioni opposte., Il principio in entrambi i casi è lo stesso: l’energia potenziale immagazzinata in un gradiente elettrochimico viene utilizzata per guidare il trasporto di un’altra molecola.

Il trasporto attivo e passivo attraverso membrane selettivamente permeabili

Il trasporto passivo è di due tipi – diffusione libera o diffusione facilitata – e il movimento è sempre lungo un gradiente di concentrazione. La diffusione libera è vista più spesso nel movimento di molecole non caricate come anidride carbonica o etanolo attraverso la membrana cellulare, senza il coinvolgimento di altre molecole.,

la diffusione Facilitata richiede la presenza di un’altra molecola, di solito una proteina che agisce come un vettore, e aiuta il substrato di attraversare la membrana cellulare. Le proteine carrier si legano al substrato su un lato della membrana e cambiano conformazione per rilasciare il substrato sull’altro lato., Esempi classici di diffusione facilitata sono il movimento dell’ossigeno attraverso il legame con l’emoglobina o il trasporto dell’acqua attraverso pori minuti formati da acquaporine.

La diffusione dell’acqua può essere osservato a livello macroscopico, come pure. Ad esempio, quando i semi si gonfiano dopo essere stati immersi in acqua, stiamo vedendo l’effetto complessivo dell’acqua che entra nella cellula., Allo stesso modo, i frutti lasciati in un ambiente asciutto, come un frigorifero, si avvizziscono e si restringono quando perdono acqua. Molti organismi, compresi gli esseri umani, hanno un rivestimento ceroso sulla pelle per ridurre al minimo la perdita di acqua dalle loro cellule in un ambiente asciutto.

Il trasporto transmembrana può anche essere realizzato attivamente, con il dispendio di energia. Il trasporto attivo comporta l’idrolisi del gruppo fosfato terminale in ATP o GTP per alimentare il movimento delle molecole contro il loro gradiente di concentrazione., Ad esempio, nella maggior parte delle cellule, c’è un grande eccesso di ioni di sodio nell’ambiente extracellulare insieme ad un eccesso di ioni di potassio all’interno della cellula. Ciò è ottenuto da un enzima transmembrana chiamato Na + / K + ATPasi, che catalizza il movimento di tre ioni Na+ all’esterno della cellula insieme all’importazione di due ioni K+. Per ciascuno di questi cicli di trasporto, l’enzima utilizza l’energia rilasciata dalla conversione di una molecola di ATP in ADP. Questo è chiamato trasporto attivo primario, dove il movimento è direttamente accoppiato all’idrolisi di un legame fosfato ad alta energia., Un processo simile viene utilizzato per pompare protoni contro il loro gradiente di concentrazione e questa è una parte cruciale sia della fotosintesi che della respirazione cellulare.

Gradienti di ioni H+, Na+ e K+ sono utilizzati per guidare altri processi, attraverso il trasporto attivo secondario, dove le concentrazioni elettrochimiche differenziali forniscono la forza trainante per altri processi ad alta intensità energetica, come il trasporto di aminoacidi o glucosio. Ad esempio, l’assorbimento del glucosio nell’intestino è accoppiato al trasporto di ioni Na+., Questo è un esempio di symport, dove sia lo molecule di sodio che la molecola di glucosio vengono importati nella cellula. Gli ioni di sodio sono anche coinvolti nel movimento di un’altra molecola carica – Ca2+. Lo scambiatore sodio-calcio utilizza il movimento di Na + lungo il suo gradiente per guidare il trasporto contatore di Ca2+. Ciò è particolarmente importante nel movimento degli ioni di calcio in grandi quantità come nei neuroni, nelle cellule cardiache e per il mantenimento di una bassa concentrazione di calcio nei mitocondri.,

• Microscopio elettronico-Un microscopio che utilizza un fascio di elettroni per illuminare il campione ottenendo estremamente elevato ingrandimento e risoluzione.
• Matrice extracellulare-Componente non cellulare di tessuti e organi composto da acqua, proteine e polisaccaridi, che fornisce supporto fisico, biomeccanico e biochimico alle cellule.
• Idrofilo-Una molecola attratta dall’acqua.
• Ran-Una piccola proteina che dirige il trasporto attraverso la membrana nucleare in base al suo legame con guanosina dinucleotidi e trinucleotidi.,

Quiz

1. Quale di queste proteine è coinvolta nel trasporto nucleare?
A. Importin
B. Exportin
C. RanGTP
D. Tutto quanto sopra

2. Quale di queste molecole si diffonde liberamente attraverso piccoli pori sulla membrana cellulare?
A. Glucosio
B. ATP
C. Acqua
D., Nessuna delle precedenti

3. Scegli la molecola che NON ha bisogno di trasporto attivo per muoversi attraverso la membrana cellulare.
A. Ioni di sodio
B. Anidride carbonica
C. Aminoacidi
D., Ioni di potassio