Meccanismi omeostatici

Le membrane cellulari
Un organismo complesso è formato da organismi più semplici, ognuno dei quali è dotato di meccanismi omeostatici. Il più semplice meccanismo omeostatico è costituito dalla membrana biologica, una barriera che divide l'interno di una cellula dall'esterno, cosicché all'interno sia possibile concentrare le sostanze utili alla vita della cellula (proteine, lipidi, glucidi, acidi nucleici eccetera). Naturalmente una membrana non deve isolare totalmente la cellula dall'ambiente, ma deve permettere un passaggio selettivo delle sostanze. Il compito di isolare la cellula è affidato alla membrana, che è costituita da un doppio strato fosfolipidico. Il compito di dare uno "scheletro" alla membrana è affidato ad altre proteine, che costituiscono una sorta di rete attorno alla membrana. Il compito di mantenere dei collegamenti con l'esterno è affidato alla proteine di membrana o glico-proteine che possono essere interne, esterne o di trans-membrana (tutti e tre i tipi di proteine sono dotate di mobilità). Le vie di scambio create dalle proteine di membrana possono essere chiuse o aperte a seconda della situazione (via di scambio selettiva). Queste vie di scambio (canali) sono principalmente di tre tipi: i canali a controllo di ligando, i canali a controllo di potenziale, e le proteine di transmembrana.
I canali a controllo di ligando e a controllo di potenziale
I canali a controllo di ligando si aprono quando all'esterno una certa molecola (o ione ecc.) si lega alla proteina che forma la porzione esterna del canale (proteina-canale): essa cambia la sua struttura terziaria e come conseguenza apre il canale. Ogni proteina-canale infatti è un recettore per una o più sostanze specifiche. Una volta aperto il canale viene attraversato da varie sostanze che hanno i requisiti appropriati (grandezza ecc) per poterlo attraversare. I canali a controllo di potenziale si comportano allo stesso modo, solo che la modificazione della struttura terziaria della proteina-canale è innescata da una differenza di potenziale. (in entrambi i casi un discorso analogo vale per la espulsione di molecole dall'interno verso l'esterno).

Gli ioni e la cellula
Tutte le membrane cellulari presentano una differenza di carica elettrica (di solito -70 mV) rispetto all'esterno (potenziale zero), poiché sono separatrici di cariche: vari ioni sono presenti in differenti concentrazioni fuori e dentro la cellula, e dato che sono molto piccoli possono passare fuori e dentro per molti dei canali aperti. I più importanti ioni sono:
ione interno esterno K+ > < Na+ < > Ca++ > < proteine (anfotere) hanno segno -
Alcuni tessuti hanno la possibilità di variare il loro potenziale (muscoli, nervi) e sono quindi detti tessuti eccitabili. Poichè le concentrazioni e le cariche variano gli ioni hanno comportamenti diversi: ione comportamento concentrazione carica K+ tende ad uscire tende a farlo uscire tende a farlo rimanere Na+ tende ad entrare tende a farlo entrare tende a farlo entrare*
(*) Il gradiente di carica tende a far entrare gli ioni Na+: essi sono attratti dalle cariche negative presenti all'interno della membrana cellulare. Per quanto riguarda la parte esterna della membrana sono essi stessi a causare la sua carica positiva (gli ioni Na+ sono appoggiati sulla parte esterna della membrana).

Le proteine di transmembrana
Amminoacidi, zuccheri, frammenti di lipidi e nucleotidi, eccetera devono essere trasportati dall'esterno all'interno e viceversa in altri modi: questi composti infatti sono troppo grandi per sfruttare i meccanismi fin qui esaminati. Essi vengono trasportati dalle proteine di transmembrana. Ci sono vari tipi di queste proteine, ognuna della quali è un recettore specifico di una sostanza. Quando la parte esterna della proteina di transmembrana si lega alla propria sostanza avviene un capovolgimento della proteina stessa che così trasporta all'interno la sostanza. Lo stesso meccanismo si ha quando bisogna portare all'esterno qualche molecola.
Nel caso che la molecola si liberi spontaneamente dalla proteina avremo un trasporto passivo, se invece c'è bisogno di una certa quantità di energia (ATP => ADP+P) per staccare la molecola dalla proteina avremo un trasporto attivo.

La pinocitosi
Molecole ancòra più grosse delle precedenti (steroidi, per esempio) non possono essere assimilate o espulse dalla cellula per mezzo delle proteine di transmembrana. In questo caso la cellula ricorre alla pinocitosi: la molecola in prossimità della membrana viene avvolta da una vescicola che facendosi strada attraverso la membrana stessa la trasposta all'interno o all'esterno. La pinocitosi è un sistema attivo (che richiede energia).

Acqua, pressione osmotica e pressione oncotica
L'acqua attraversa sempre liberamente (senza dispendio di energia) le membrane cellulari, essa è abilitata a passare attraverso tutti i canali cellulari che trova aperti. Poichè l'acqua tende sempre a livellare le eventuali differenze di concentrazione tra l'interno e l'esterno della cellula, la pressione osmotica in condizioni di equilibrio è nulla.
Una forza notevole invece è la pressione oncotica (o pressione osmotica delle proteine o pressione colloid-osmotica), infatti le proteine sono molto più concentrare all'interno della cellula che all'esterno.
La pompa sodio - potassio
Nel paragrafo "I canali a controllo di ligando e a controllo di potenziale" abbiamo visto che gli ioni possono passare liberamente per ogni canale aperto. Abbiamo visto anche che essi sono presenti in differenti concentrazioni dentro e fuori la cellula. Va da se che ci deve essere un meccanismo attivo che mantiene il gradiente di concentrazione degli ioni sodio (Na+) e potassio (K+) diverso da zero. Questo meccanismo è la pompa sodio-potassio. Essa è costituita da proteine di transmembrana che, consumando ATP espellono dalla cellula il sodio e immettono dall'esterno il potassio. L'attività della pompa sodio-potassio si interrompe quando si riduce la differenza di potenziale (ddp) della membrana

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