Emoglobina pigmentata rossa (Hb)è costituito da una parte proteica (globina) e dal pigmento stesso (eme). Le molecole sono composte da quattro subunità proteiche, ciascuna delle quali attacca un gruppo eme con un atomo di ferro bivalente situato al centro. Nei polmoni, ogni atomo di ferro attacca una molecola di ossigeno. L'ossigeno viene trasferito ai tessuti dove viene separato. L'aggiunta di O 2 è detta ossigenazione (saturazione con ossigeno), mentre il suo distacco è detto deossigenazione.
Trasporto di CO2
Circa il 10% dell'anidride carbonica (CO 2), il prodotto finale del metabolismo ossidativo nelle cellule dei tessuti, viene trasportato dal sangue fisicamente disciolto e il 90% - chimicamente forma correlata. La maggior parte dell'anidride carbonica si diffonde prima dalle cellule dei tessuti al plasma e da lì ai globuli rossi. Lì le molecole di CO 2 vengono legate chimicamente e convertite dagli enzimi negli ioni bicarbonato molto più solubili (HCO 3 -), che vengono trasportati nel plasma sanguigno. La formazione di CO 2 da HCO 3 viene notevolmente accelerata dall'enzima anidrasi carbonica presente nei globuli rossi.
La maggior parte (circa il 50-60%) degli ioni bicarbonato formati vengono rilasciati dai globuli rossi nel plasma in cambio di ioni cloruro. Vengono trasportati ai polmoni e rilasciati durante l'espirazione dopo essere stati convertiti in CO 2 . Entrambi i processi - la formazione di HCO 3 - e il rilascio di CO 2, sono rispettivamente associati all'ossigenazione e alla deossigenazione dell'emoglobina. La deossiemoglobina è una base notevolmente più forte dell'ossiemoglobina e può legare più ioni H + (la funzione tampone dell'emoglobina), promuovendo così la formazione di HCO 3 - nei capillari dei tessuti. Nei capillari dei polmoni, HCO 3 - passa nuovamente dal plasma sanguigno ai globuli rossi, si combina con gli ioni H + e si trasforma nuovamente in CO 2. Questo processo è confermato dal fatto che il sangue ossigenato rilascia più protoni H+. Una percentuale molto più piccola di CO 2 (circa 5-10%) è legata direttamente all'emoglobina e viene trasportata come carbamminoemoglobina.
Emoglobina e monossido di carbonio
Monossido di carbonio ( monossido di carbonio,CO)è un gas incolore e inodore che si forma durante la combustione incompleta e, come l'ossigeno, può legarsi in modo reversibile all'emoglobina. Tuttavia, l’affinità del monossido di carbonio per l’emoglobina è notevolmente maggiore di quella dell’ossigeno. Pertanto, anche quando il contenuto di CO nell'aria inalata è dello 0,3%, l'80% dell'emoglobina è legato al monossido di carbonio (HbCO). Poiché il monossido di carbonio viene rilasciato dal legame con l’emoglobina 200-300 volte più lentamente dell’ossigeno, effetto tossico determinato dal fatto che l’emoglobina non può più trasportare ossigeno. Nei forti fumatori, ad esempio, il 5-10% dell'emoglobina è presente come HbCO, mentre con il suo contenuto pari al 20% compaiono sintomi di avvelenamento acuto ( mal di testa, vertigini, nausea) e il 65% può essere fatale.
Spesso per valutare l'emopoiesi o per riconoscere varie forme l'anemia è determinata dal contenuto medio di emoglobina in un eritrocito (AHE). Si calcola con la formula:
Il contenuto medio di emoglobina in un globulo rosso è compreso tra 38 e 36 picogrammi (pg) (1 pg = 10ˉ¹² g). I globuli rossi con SGE normale sono chiamati normocromici (ortocromici). Se la FSE è bassa (ad esempio a causa di perdita cronica di sangue o carenza di ferro), i globuli rossi sono detti ipocromici; se l'SGE è elevato (ad esempio nell'anemia perniciosa da carenza di vitamina B 12), sono detti ipercromici.
Forme di anemia
Anemiaè definita come una carenza (diminuzione del numero) di globuli rossi o un ridotto contenuto di emoglobina nel sangue. La diagnosi di anemia viene solitamente posta in base al contenuto di emoglobina, il limite inferiore della norma raggiunge 140 g/l negli uomini e 120 g/l nelle donne. In quasi tutte le forme di anemia, un sintomo affidabile della malattia è il colore pallido della pelle e delle mucose. Spesso aumenta notevolmente durante l'esercizio battito cardiaco(aumento della velocità della circolazione sanguigna) e una diminuzione dell'ossigeno nei tessuti porta a mancanza di respiro. Inoltre, si verificano vertigini e lieve affaticamento.
Oltre all'anemia da carenza di ferro e alla perdita di sangue cronica, ad esempio a causa di ulcere sanguinanti o tumori tratto gastrointestinale(anemia ipocromica), l'anemia può verificarsi con carenza di vitamina B12. acido folico o eritropoietina. La vitamina B 12 e l'acido folico partecipano alla sintesi del DNA nelle cellule immature del midollo osseo e influenzano quindi in modo significativo la divisione e la maturazione dei globuli rossi (eritropoiesi). Con la loro carenza, si formano meno globuli rossi, ma sono notevolmente ingranditi a causa alto contenuto emoglobina (macrociti (megalociti), precursori: megaloblasti), quindi il contenuto di emoglobina nel sangue praticamente non cambia (anemia ipercromica, megaloblastica, macrocitica).
La carenza di vitamina B 12 si verifica spesso a causa di un ridotto assorbimento della vitamina nell'intestino, meno spesso a causa di un apporto alimentare insufficiente. Questa cosiddetta anemia perniciosa molto spesso deriva da infiammazione cronica nella mucosa intestinale con una diminuzione della formazione di succo gastrico.
La vitamina B 12 viene assorbita nell'intestino solo in forma legata con un fattore presente in succo gastrico"fattore interno (castello)", che lo protegge dalla distruzione succo digestivo nello stomaco. Poiché il fegato può immagazzinare un gran numero di vitamina B 12, potrebbero essere necessari 2-5 anni prima che uno scarso assorbimento nell'intestino influisca sulla formazione dei globuli rossi. Come nel caso della carenza di vitamina B12, la carenza di acido folico, un’altra vitamina B, porta ad un’alterata eritropoiesi nel midollo osseo.
Ci sono altre due cause di anemia. Uno è la distruzione del midollo osseo (aplasia del midollo osseo) mediante radiazioni (ad esempio, dopo un incidente in una centrale nucleare) o in seguito a reazioni tossiche ai farmaci (ad esempio farmaci citotossici) (anemia aplastica). Un altro motivo è la diminuzione della durata di vita dei globuli rossi a causa della loro distruzione o della loro maggiore degradazione (anemia emolitica). Nelle forme gravi di anemia emolitica (ad esempio a seguito di una trasfusione di sangue non riuscita), oltre al pallore si può osservare un cambiamento nel colore della pelle e delle mucose in giallastro. Questo ittero (ittero emolitico) è causato dalla crescente degradazione dell'emoglobina in bilirubina (pigmento biliare giallo) nel fegato. Quest'ultimo porta ad un aumento del livello di bilirubina nel plasma e alla sua deposizione nei tessuti.
Un esempio di anemia derivante da disturbo ereditario serve la sintesi dell'emoglobina, clinicamente manifestata come emolitica anemia falciforme. In questa malattia, che si verifica praticamente solo nei rappresentanti delle popolazioni nere, c'è un disturbo molecolare che porta alla sostituzione dell'emoglobina normale con un'altra forma di emoglobina (HbS). Nell'HbS, l'amminoacido valina è sostituito da acido glutammico. Un eritrocita contenente tale emoglobina anormale, in uno stato deossigenato, assume la forma di una falce. I globuli rossi a forma di falce sono più rigidi e non passano bene attraverso i capillari.
Una malattia ereditaria negli omozigoti (la proporzione di HbS nell'emoglobina totale è del 70-99%) porta al blocco dei piccoli vasi e, quindi, a danni permanenti agli organi. Le persone affette da questa malattia raggiungono solitamente l'età adulta solo con un trattamento intensivo (p. es., sostituzione parziale del sangue, assunzione di analgesici, evitando l'ipossia ( carenza di ossigeno) e talvolta un trapianto di midollo osseo). In alcune regioni dell'Africa tropicale con un'alta percentuale di malaria, il 40% della popolazione è portatore eterozigote di questo gene (quando il contenuto di HbS è inferiore al 50%) e non presenta tali sintomi. Il gene alterato conferisce resistenza all'infezione malarica (vantaggio selettivo).
Regolazione della formazione dei globuli rossi
La formazione dei globuli rossi è regolata dall'ormone renale eritropoietina. Il corpo ha un aspetto semplice, ma molto sistema efficace regolazione per mantenere relativamente costante il contenuto di ossigeno e allo stesso tempo il numero di globuli rossi. Se il livello di ossigeno nel sangue scende al di sotto di un certo livello, ad esempio dopo una grande perdita di sangue o in alta quota, la formazione di eritropoietina viene costantemente stimolata. Di conseguenza, aumenta la formazione di globuli rossi nel midollo osseo, che aumenta la capacità del sangue di trasportare ossigeno. Quando la carenza di ossigeno viene superata aumentando il numero di globuli rossi, la formazione di eritropoietina diminuisce nuovamente. I pazienti che necessitano di dialisi (la rimozione artificiale dei prodotti di scarto dal sangue) con funzionalità renale compromessa (ad esempio, insufficienza renale cronica) spesso presentano una marcata carenza di eritropoietina e quindi soffrono quasi sempre di concomitante anemia.
Il trasporto di O2 avviene in forma fisicamente disciolta e legata chimicamente. Processi fisici, cioè la dissoluzione del gas, non può soddisfare la richiesta di O2 del corpo. Si stima che l'O2 fisicamente disciolto possa supportare il normale consumo di O2 nel corpo (250 ml*min-1) se il volume minuto della circolazione sanguigna è di circa 83 l*min-1 a riposo. Il meccanismo più ottimale è il trasporto di O2 in forma legata chimicamente.
Secondo la legge di Fick, lo scambio gassoso di O2 tra aria alveolare e sangue avviene a causa della presenza di un gradiente di concentrazione di O2 tra questi mezzi. Negli alveoli dei polmoni, la pressione parziale di O2 è di 13,3 kPa, o 100 mmHg, e nel sangue venoso che scorre ai polmoni, la tensione parziale di O2 è di circa 5,3 kPa, o 40 mmHg. La pressione dei gas nell'acqua o nei tessuti corporei è designata con il termine “tensione del gas” ed è indicata dai simboli Po2, Pco2. Il gradiente di O2 sulla membrana alveolo-capillare, pari mediamente a 60 mm Hg, è uno dei fattori più importanti, ma non l’unico, secondo la legge di Fick. stato iniziale diffusione di questo gas dagli alveoli nel sangue.
Il trasporto di O2 inizia nei capillari dei polmoni dopo il suo legame chimico con l'emoglobina.
L'emoglobina (Hb) è in grado di legare selettivamente l'O2 e di formare ossiemoglobina (HbO2) in un'area ad alta concentrazione di O2 nei polmoni e di rilasciare O2 molecolare in un'area a basso contenuto di O2 nei tessuti. In questo caso, le proprietà dell'emoglobina non cambiano e può svolgere la sua funzione per lungo tempo.
L’emoglobina trasporta l’O2 dai polmoni ai tessuti. Questa funzione dipende da due proprietà dell'emoglobina: 1) la capacità di passare dalla forma ridotta, chiamata deossiemoglobina, a quella ossidata (Hb + O2 à HbO2) ad alta velocità (emivita 0,01 s o meno) a corno normale nell'aria alveolare; 2) la capacità di rilasciare O2 nei tessuti (HbO2 à Hb + O2) a seconda delle esigenze metaboliche delle cellule dell’organismo.
La dipendenza del grado di ossigenazione dell'emoglobina dalla pressione parziale di O2 nell'aria alveolare è rappresentata graficamente sotto forma di curva di dissociazione dell'ossiemoglobina o curva di saturazione (Fig. 8.7). Il plateau della curva di dissociazione è caratteristico dell'O2 saturo (saturo) sangue arterioso, e la parte ripida verso il basso della curva è sangue venoso o desaturato nei tessuti.
L'affinità dell'ossigeno per l'emoglobina è influenzata da vari fattori metabolici, che si esprimono come uno spostamento della curva di dissociazione verso sinistra o destra. L'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno è regolata dai fattori più importanti del metabolismo tissutale: pH Po2, temperatura e concentrazione intracellulare di 2,3-difosfoglicerato. Il valore del pH e il contenuto di CO2 in qualsiasi parte del corpo modificano naturalmente l'affinità dell'emoglobina per l'O2: una diminuzione del pH del sangue provoca uno spostamento della curva di dissociazione verso destra (diminuisce l'affinità dell'emoglobina per l'O2) e un aumento nel pH del sangue provoca uno spostamento della curva di dissociazione verso sinistra (l'affinità dell'emoglobina per l'O2 aumenta) ( vedere Fig. 8.7, A). Ad esempio, il pH dei globuli rossi è inferiore di 0,2 unità rispetto a quello del plasma sanguigno. Nei tessuti, a causa dell'aumento del contenuto di CO2, anche il pH è inferiore a quello del plasma sanguigno. L’effetto del pH sulla curva di dissociazione dell’ossiemoglobina è chiamato “effetto Bohr”.
Un aumento della temperatura riduce l'affinità dell'emoglobina per l'O2. Nei muscoli che lavorano, un aumento della temperatura favorisce il rilascio di O2. Una diminuzione della temperatura tissutale o del contenuto di 2,3-difosfoglicerato provoca uno spostamento a sinistra della curva di dissociazione dell'ossiemoglobina (vedi Fig. 8.7, B).
I fattori metabolici sono i principali regolatori del legame dell'O2 all'emoglobina nei capillari polmonari, quando il livello di O2, pH e CO2 nel sangue aumenta l'affinità dell'emoglobina per l'O2 lungo i capillari polmonari. Nelle condizioni dei tessuti corporei, questi stessi fattori metabolici riducono l'affinità dell'emoglobina per l'O2 e promuovono la transizione dell'ossiemoglobina nella sua forma ridotta: deossiemoglobina. Di conseguenza, l'O2 scorre lungo un gradiente di concentrazione dal sangue dei capillari tissutali ai tessuti corporei.
Il monossido di carbonio (II) - CO, è in grado di combinarsi con l'atomo di ferro dell'emoglobina, modificandone le proprietà e reagendo con O2. L'altissima affinità della CO per l'Hb (200 volte superiore a quella dell'O2) blocca uno o più atomi di ferro nella molecola dell'eme, modificando l'affinità dell'Hb per l'O2.
Per capacità di ossigeno del sangue si intende la quantità di O2 che viene trattenuta dal sangue fino alla completa saturazione dell'emoglobina. Con un contenuto di emoglobina nel sangue di 8,7 mmol*l-1, la capacità di ossigeno del sangue è di 0,19 ml di O2 in 1 ml di sangue (temperatura 0oC e pressione barometrica 760 mm Hg, o 101,3 kPa). La capacità di ossigeno del sangue è determinata dalla quantità di emoglobina, 1 g della quale lega 1,36-1,34 ml di O2. Il sangue umano contiene circa 700-800 g di emoglobina e può quindi legare quasi 1 litro di O2. In 1 ml di plasma sanguigno è fisicamente disciolto pochissimo O2 (circa 0,003 ml), che non è in grado di soddisfare la richiesta di ossigeno dei tessuti. La solubilità dell'O2 nel plasma sanguigno è 0,225 ml*l-1*kPa-1
Anche lo scambio di O2 tra il sangue capillare e le cellule dei tessuti avviene per diffusione. Il gradiente di concentrazione di O2 tra il sangue arterioso (100 mm Hg, o 13,3 kPa) e i tessuti (circa 40 mm Hg, o 5,3 kPa) è in media di 60 mm Hg. (8,0 kPa). La variazione del gradiente può essere causata sia dal contenuto di O2 nel sangue arterioso sia dal coefficiente di utilizzo di O2, che per il corpo è in media del 30-40%. Il coefficiente di utilizzo dell'ossigeno è la quantità di O2 ceduta quando il sangue passa attraverso i capillari dei tessuti, in relazione alla capacità di ossigeno del sangue.
Biglietto 11
1. La membrana è un doppio strato lipidico in cui sono immerse le proteine integrali, che funzionano come pompe e canali ionici che, sfruttando l'energia dell'ATP, pompano ioni K, Na, Ca contro il gradiente di concentrazione. Le proteine periferiche formano il citoscheletro della cellula, che conferisce forza e allo stesso tempo elasticità alla cellula. Le membrane sono composte da tre classi di lipidi: fosfolipidi, glicolipidi e colesterolo. Fosfolipidi e glicolipidi (lipidi con attaccati carboidrati) sono costituiti da due lunghe code di idrocarburi idrofobi collegate a una testa idrofila carica. Il colesterolo conferisce rigidità alla membrana occupando lo spazio libero tra le code idrofobiche dei lipidi e impedendo loro di piegarsi. Pertanto, le membrane a basso contenuto di colesterolo sono più flessibili, mentre quelle ad alto contenuto di colesterolo sono più rigide e fragili. Il colesterolo funge anche da “tappo” che impedisce il movimento delle molecole polari dalla cellula alla cellula. Una parte importante della membrana è costituita da proteine che la penetrano e sono responsabili delle varie proprietà delle membrane. La loro composizione e orientamento differiscono nelle diverse membrane.La membrana cellulare è la barriera di separazione tra il citoplasma e l'ambiente extracellulare. Trasporto di sostanze attraverso membrana cellulare dentro o fuori una cellula, effettuato utilizzando vari meccanismi: diffusione semplice, diffusione facilitata e trasporto attivo. La proprietà più importante di una membrana biologica è la sua capacità di entrare e uscire dalla cellula. varie sostanze. Esso ha Grande importanza per l'autoregolazione e il mantenimento di una composizione cellulare costante. Questa funzione della membrana cellulare viene eseguita grazie a permeabilità selettiva, cioè la capacità di far passare alcune sostanze e non altre.
Esistono 4 tipi principali di trasporto nella cellula: 1) Diffusione, 2) Osmosi, 3) Trasporto attivo, 4) Endo ed esocitosi. 1) La diffusione è il movimento delle sostanze lungo un gradiente diffuso, cioè da un’area ad alta concentrazione ad un’area a bassa concentrazione. Ioni, glucosio, amminoacidi, lipidi, ecc. si diffondono lentamente. Le molecole liposolubili si diffondono rapidamente. La diffusione facilitata è una modificazione della diffusione. Osservato quando una certa sostanza aiuta qualsiasi molecola specifica a passare attraverso la membrana, ad es. questa molecola ha un proprio canale attraverso il quale passa facilmente (il glucosio entra nei globuli rossi). 2) L'osmosi è la diffusione dell'acqua attraverso membrane semipermeabili. 3) Attivo è il trasporto di molecole o ioni attraverso una membrana, contro un gradiente di concentrazione e un gradiente elettrochimico. Le proteine trasportatrici (a volte chiamate proteine pompa) trasportano le sostanze attraverso la membrana con il dispendio di energia, che solitamente viene fornita dall'idrolisi di ATP. In una cellula tra i due lati della membrana plasmatica viene mantenuta una differenza di potenziale: il potenziale di membrana. Ambiente esterno carica positiva e quella interna è negativa. Pertanto, i cationi Na e K tenderanno ad entrare nella cellula e gli anioni cloro verranno respinti. Un esempio di trasporto attivo presente nella maggior parte delle cellule è la pompa sodio-potassio. 4) Endo ed esocitosi. La membrana plasmatica partecipa alla rimozione delle sostanze dalla cellula; ciò avviene attraverso il processo di esocitosi. In questo modo vengono rimossi ormoni, polisaccaridi, proteine, goccioline di grasso e altri prodotti cellulari. Sono racchiusi in bolle delimitate da una membrana e si avvicinano alla membrana plasmatica. Entrambe le membrane si fondono e il contenuto della vescicola viene espulso. La fagottosi è la cattura e l'assorbimento di particelle di grandi dimensioni da parte di una cellula. La pinocitosi è il processo di cattura e assorbimento di goccioline liquide.
Pompa potassio/sodio. Inizialmente, questo trasportatore attacca tre ioni al lato interno della membrana. Questi ioni modificano la conformazione del sito attivo dell'ATPasi. Dopo tale attivazione, l'ATPasi è in grado di idrolizzare una molecola di ATP e lo ione fosfato si fissa sulla superficie del trasportatore all'interno della membrana. L'energia rilasciata viene spesa per modificare la conformazione dell'ATPasi, dopodiché tre ioni e uno ione (fosfato) finisce al di fuori membrane. Qui gli ioni vengono scissi e sostituiti da due ioni. Quindi la conformazione del portatore cambia in quella originaria, e gli ioni finiscono a dentro membrane. Qui gli ioni vengono scissi e il trasportatore è di nuovo pronto per il lavoro.
(negli organismi unicellulari) e tra diverse cellule di un organismo multicellulare. Le proteine di trasporto possono essere integrate nella membrana o proteine idrosolubili secrete dalla cellula, situate nello spazio peri- o citoplasmatico, nel nucleo o negli organelli degli eucarioti.
I principali gruppi di proteine di trasporto:
- proteine chelanti;
- proteine di trasporto
Funzione di trasporto delle proteine
Funzione di trasporto proteine: la partecipazione delle proteine al trasferimento di sostanze dentro e fuori le cellule, ai loro movimenti all'interno delle cellule, nonché al loro trasporto attraverso il sangue e altri fluidi in tutto il corpo.
Mangiare tipi diversi trasporto, che viene effettuato con l'aiuto delle proteine.
Trasporto di sostanze attraverso la membrana cellulare
Il trasporto passivo è fornito anche dalle proteine canale. Le proteine che formano canali formano pori acquosi nella membrana attraverso i quali (quando aperti) possono passare le sostanze. famiglie speciali di proteine che formano canali (connessine e pannexine) formano giunzioni attraverso le quali le sostanze a basso peso molecolare possono essere trasportate da una cellula all'altra (tramite pannexine e nelle cellule dall'ambiente esterno).
I microtubuli, strutture costituite da proteine tubulina, vengono utilizzati anche per trasportare sostanze all'interno delle cellule. I mitocondri e le vescicole di membrana con carico (vescicole) possono muoversi lungo la loro superficie. Questo trasporto è effettuato dalle proteine motrici. Si dividono in due tipi: dineine citoplasmatiche e chinesine. Questi due gruppi di proteine differiscono in base all'estremità del microtubulo da cui spostano il carico: le dineine dall'estremità + all'estremità - e le chinesine nella direzione opposta.
Trasporto di sostanze in tutto il corpo
Il trasporto di sostanze in tutto il corpo avviene principalmente attraverso il sangue. Il sangue trasporta ormoni, peptidi e ioni dalle ghiandole endocrine ad altri organi, trasporta i prodotti finali del metabolismo agli organi escretori, trasporta nutrienti ed enzimi, ossigeno e anidride carbonica.
La proteina di trasporto più conosciuta che trasporta le sostanze in tutto il corpo è l'emoglobina. Trasporta ossigeno e anidride carbonica sistema circolatorio dai polmoni agli organi e ai tessuti. Negli esseri umani, circa il 15% dell’anidride carbonica viene trasportata ai polmoni dall’emoglobina. Nei muscoli scheletrici e cardiaci, il trasporto dell'ossigeno viene effettuato da una proteina chiamata
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La quantità di ossigeno che entra nello spazio alveolare dall'aria inspirata per unità di tempo condizioni di degenza la respirazione è uguale alla quantità di ossigeno che passa dagli alveoli al sangue dei capillari polmonari durante questo periodo. Questo è ciò che garantisce la concentrazione costante (e la pressione parziale) di ossigeno nello spazio alveolare. Questo schema di base dello scambio gassoso polmonare è caratteristico anche dell'anidride carbonica: la quantità di questo gas che entra negli alveoli dal sangue venoso misto che scorre attraverso i capillari polmonari è uguale alla quantità di anidride carbonica rimossa dallo spazio alveolare con l'aria espirata.
In una persona a riposo, la differenza tra il contenuto di ossigeno nel sangue arterioso e venoso misto è di 45-55 ml di O 2 per 1 litro di sangue, e la differenza tra il contenuto di anidride carbonica nel sangue venoso e arterioso è di 40-50 ml di CO2 per 1 litro di sangue. Ciò significa che per ogni litro di sangue che scorre attraverso i capillari polmonari, circa 50 ml di O 2 provengono dall'aria alveolare e 45 litri di CO 2 dal sangue entrano negli alveoli. La concentrazione di O 2 e CO 2 nell'aria alveolare rimane pressoché costante, grazie alla ventilazione degli alveoli.
Scambio di gas tra aria alveolare e sangue
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L'aria alveolare e il sangue dei capillari polmonari sono separati dai cosiddetti membrana alveolo-capillare, il cui spessore varia da 0,3 a 2,0 micron. La base della membrana alveolo-capillare è epitelio alveolare E endotelio capillare, ciascuno dei quali si trova sulla propria membrana basale e forma un rivestimento continuo rispettivamente delle superfici alveolari e intravascolari. Tra le membrane basali epiteliale ed endoteliale si trova l'interstizio. In alcune zone le membrane basali sono praticamente adiacenti tra loro (Fig. 8.6).
Riso. 8.6. Membrana alveolo-capillare (schema)
Componenti continui della barriera aria-sangue: la membrana cellulare (CM) e membrana basale(VM). Componenti discontinue: macrofagi alveolari (P), vescicole e vacuoli (V), mitocondri (M), reticolo endoplasmatico (ER), nuclei (N), complesso lamellare (G), fibre collagene (C) ed elastiche (EL) del connettivo tessuto .
Tensioattivo
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Lo scambio dei gas respiratori avviene attraverso una serie di strutture submicroscopiche contenenti emoglobina eritrocitaria, plasma sanguigno, endotelio capillare e le sue due membrane plasmatiche, uno strato di tessuto connettivo complesso, epitelio alveolare con due membrane plasmatiche infine, il rivestimento interno degli alveoli - tensioattivo(tensioattivo). Quest'ultimo ha uno spessore di circa 50 nm, è un complesso di fosfolipidi, proteine e polisaccaridi ed è costantemente prodotto dalle cellule epiteliali alveolari, andando incontro a distruzione con un'emivita di 12-16 ore. La stratificazione del tensioattivo sul rivestimento epiteliale degli alveoli crea un mezzo di diffusione aggiuntivo alla membrana alveolo-capillare, che i gas superano durante il loro trasferimento di massa. A causa del tensioattivo, la distanza per la diffusione dei gas viene estesa, il che porta ad una leggera diminuzione del gradiente di concentrazione sulla membrana alveolo-capillare. Tuttavia, senza tensioattivo, la respirazione era generalmente impossibile, poiché le pareti degli alveoli si univano sotto l'influenza di una significativa tensione superficiale inerente all'epitelio alveolare.
Il tensioattivo riduce la tensione superficiale delle pareti alveolari a valori prossimi allo zero e quindi:
a) crea la possibilità di espansione del polmone durante il primo respiro del neonato,
b) previene lo sviluppo di atelettasia durante l'espirazione,
c) prevede fino a 2/3 resistenza elastica tessuto polmonare di un adulto e stabilità della struttura della zona respiratoria,
d) regola la velocità di assorbimento dell'ossigeno lungo l'interfaccia gas-liquido e l'intensità dell'evaporazione dell'acqua dalla superficie alveolare.
Il tensioattivo pulisce anche la superficie degli alveoli da particelle estranee inalate e possiede attività batteriostatica.
Transizione dei gas attraverso la membrana alveolo-capillare
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La transizione dei gas attraverso la membrana alveolo-capillare avviene secondo le leggi diffusione, ma quando i gas si dissolvono in un liquido, il processo di diffusione rallenta bruscamente. L'anidride carbonica, ad esempio, si diffonde in un liquido circa 13.000 volte e l'ossigeno - 300.000 volte più lentamente che in un ambiente gassoso. La quantità di gas che passa attraverso la membrana polmonare per unità di tempo, cioè la velocità di diffusione è direttamente proporzionale alla differenza nella sua pressione parziale su entrambi i lati della membrana e inversamente proporzionale alla resistenza alla diffusione. Quest'ultimo è determinato dallo spessore della membrana e dalla dimensione della superficie di scambio gassoso, dal coefficiente di diffusione del gas, in funzione del suo peso molecolare e della sua temperatura, nonché dal coefficiente di solubilità del gas nei fluidi biologici della membrana .
Direzione e intensità della transizione l'ossigeno dall'aria alveolare nel sangue dei microvasi polmonari e l'anidride carbonica nella direzione opposta è determinata dalla differenza tra la pressione parziale del gas nell'aria alveolare e la sua tensione (pressione parziale del gas disciolto) nel sangue . Per l'ossigeno il gradiente di pressione è di circa 60 mmHg. (la pressione parziale negli alveoli è di 100 mm Hg e la tensione nel sangue che entra nei polmoni è di 40 mm Hg) e per l'anidride carbonica è di circa 6 mm Hg. (la pressione parziale negli alveoli è di 40 mm Hg, la tensione nel sangue che scorre ai polmoni è di 46 mm Hg).
La resistenza alla diffusione dell'ossigeno nei polmoni è creata dalla membrana alveolo-capillare, dallo strato plasmatico nei capillari, dalla membrana eritrocitaria e dallo strato del suo protoplasma. Pertanto, la resistenza totale alla diffusione dell'ossigeno nei polmoni è costituita da componenti di membrana e intracapillari. Caratteristica biofisica della permeabilità barriera aerea dei polmoni per i gas respiratori è il cosiddetto capacità di diffusione dei polmoni. Questo è il numero di ml di gas che passano attraverso la membrana polmonare in 1 minuto quando la differenza nella pressione parziale del gas su entrambi i lati della membrana è 1 mm Hg. U persona sana a riposo, la capacità di diffusione dell'ossigeno dei polmoni è di 20-25 ml min -1 mm Hg. -1.
L'entità della capacità di diffusione dei polmoni dipende dal loro volume e dalla corrispondente superficie di scambio gassoso. Ciò spiega in gran parte il fatto che la capacità di diffusione dei polmoni negli uomini è generalmente maggiore di quella delle donne, nonché il fatto che la capacità di diffusione dei polmoni quando si trattiene il respiro per respiro profondo risulta essere maggiore che in stato stazionario a livello di capacità funzionale residua. A causa della ridistribuzione gravitazionale del flusso sanguigno e del volume sanguigno nei capillari polmonari, la capacità di diffusione dei polmoni in posizione sdraiata è maggiore che in posizione seduta, e da seduti è maggiore che in posizione eretta. Con l’età, la capacità di diffusione dei polmoni diminuisce.
Trasporto dell'ossigeno attraverso il sangue
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L'ossigeno nel sangue viene sciolto e combinato con l'emoglobina. C'è pochissimo ossigeno disciolto nel plasma. Poiché la solubilità dell'ossigeno a 37 °C è 0,225 ml * l -1 * kPa -1 (0,03 ml-l -1 mm Hg -1), ogni 100 ml di plasma sanguigno con una tensione di ossigeno di 13,3 kPa (100 mm rg. Art.) può trasportare solo 0,3 ml di ossigeno allo stato disciolto. Questo chiaramente non è sufficiente per la vita del corpo. Con un tale contenuto di ossigeno nel sangue e la condizione del suo completo consumo da parte dei tessuti, il volume minuto di sangue a riposo dovrebbe essere superiore a 150 l/min. Ciò rende chiara l'importanza di un altro meccanismo di trasferimento dell'ossigeno attraverso il suo conunità con l’emoglobina.
Ogni grammo di emoglobina è in grado di legare 1,39 ml di ossigeno e, quindi, con un contenuto di emoglobina di 150 g/l, ogni 100 ml di sangue possono trasportare 20,8 ml di ossigeno.
Indicatori funzione respiratoria sangue
1. Capacità di ossigeno dell'emoglos Bina. Viene chiamato il valore che riflette la quantità di ossigeno che può entrare in contatto con l'emoglobina quando è completamente satura capacità di ossigeno dell’emoglobinabidone UN.
2. Comantenimento dell'ossigeno nel sangue. Un altro indicatore della funzione respiratoria del sangue è conmantenere l'ossigeno nel sangue, che riflette la reale quantità di ossigeno, sia legato all'emoglobina che fisicamente disciolto nel plasma.
3. Grado di saturazione dell'emoglobina con l'ossigeno . 100 ml di sangue arterioso contengono normalmente 19-20 ml di ossigeno, lo stesso volume di sangue venoso contiene 13-15 ml di ossigeno, mentre la differenza artero-venosa è di 5-6 ml. Il rapporto tra la quantità di ossigeno associata all'emoglobina e la capacità di ossigeno di quest'ultima è un indicatore del grado di saturazione di ossigeno dell'emoglobina. La saturazione di ossigeno dell'emoglobina nel sangue arterioso negli individui sani è del 96%.
Formazione scolastica ossiemoglobina nei polmoni e il suo ripristino nei tessuti dipende dalla tensione parziale dell'ossigeno nel sangue: quando aumenta. La saturazione dell'emoglobina con l'ossigeno aumenta e quando diminuisce diminuisce. Questa relazione non è lineare ed è espressa dalla curva di dissociazione dell'ossiemoglobina, che ha Forma a S(Fig. 8.7).
Fig.8.7. Curva di dissociazione dell'ossiemoglobina.Fig.8.7. Curva di dissociazione dell'ossiemoglobina.
1 - con un aumento del pH, o una diminuzione della temperatura, o una diminuzione del 2,3-DPG;
2 - curva normale a pH 7,4 e 37°C;
3 - con una diminuzione del pH o un aumento della temperatura o un aumento del 2,3-DPG.
Il sangue arterioso ossigenato corrisponde ad un plateau della curva di dissociazione e il sangue desaturato nei tessuti corrisponde ad una parte di essa in forte diminuzione. Il leggero aumento della curva nella sua parte superiore (zona di alta tensione di O 2 ) indica che una saturazione sufficientemente completa dell'emoglobina nel sangue arterioso con ossigeno è assicurata anche quando la tensione di O 2 è ridotta a 9,3 kPa (70 mm Hg). Una diminuzione della tensione O, da 13,3 kPa a 2,0-2,7 kPa (da 100 a 15-20 mm Hg) non ha praticamente alcun effetto sulla saturazione dell'emoglobina con ossigeno (HbO 2 diminuisce del 2-3%). A valori più bassi di voltaggio dell'O2, l'ossiemoglobina si dissocia molto più facilmente (la zona di forte declino della curva). Pertanto, quando la tensione dell'O 2 diminuisce da 8,0 a 5,3 kPa (da 60 a 40 mm Hg), la saturazione dell'emoglobina con ossigeno diminuisce di circa il 15%.
La posizione della curva di dissociazione dell'ossiemoglobina è solitamente espressa quantitativamente dalla tensione parziale dell'ossigeno alla quale la saturazione dell'emoglobina è del 50% (P 50). Il valore normale di P50 ad una temperatura di 37°C e pH 7,40 è di circa 3,53 kPa (26,5 mm Hg).
La curva di dissociazione dell'ossiemoglobina in determinate condizioni può spostarsi in una direzione o nell'altra, mantenendo una forma a S, sotto l'influenza di cambiamenti nel pH, nella tensione della CO 2, nella temperatura corporea e nel contenuto di 2,3-diafosfoglicerato (2,3 -DPG) negli eritrociti, da cui dipende la capacità dell'emoglobina di legare l'ossigeno. Nei muscoli che lavorano, a causa di un intenso metabolismo, aumenta la formazione di CO 2 e acido lattico e aumenta anche la produzione di calore. Tutti questi fattori riducono l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno. In questo caso, la curva di dissociazione si sposta a destra (Fig. 8.7), il che porta ad un più facile rilascio di ossigeno dall'ossiemoglobina e aumenta la possibilità di consumo di ossigeno da parte dei tessuti. Con una diminuzione della temperatura, del 2,3-DPG, una diminuzione della tensione di CO e un aumento del pH, la curva di dissociazione si sposta a sinistra, l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno aumenta, con conseguente diminuzione dell'apporto di ossigeno ai tessuti.
Trasporto dell'anidride carbonica attraverso il sangue
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Essendo il prodotto finale del metabolismo, la CO 2 si trova nel corpo in forma disciolta e stato vincolato. Il coefficiente di solubilità della CO 2 è 0,231 mmoll -1 * kPa -1 (0,0308 mmoll -1 * mm Hg -1.), che è quasi 20 volte superiore a quello dell'ossigeno. Tuttavia, meno del 10% della quantità totale di CO trasportata nel sangue viene trasportata in forma disciolta. Fondamentalmente la CO viene trasportata in uno stato legato chimicamente, principalmente sotto forma di bicarbonati, ma anche in combinazione con proteine (le cosiddette carbammina, O composti del carbonio).
Nel sangue arterioso la tensione della CO 2 è di 5,3 kPa (40 mm Hg), nel liquido interstiziale la sua tensione è di 8,0-10,7 kPa (60-80 mm Hg). Grazie a questi gradienti, la CO 2 formata nei tessuti passa dal liquido interstiziale al plasma sanguigno e da questo agli eritrociti. Reagendo con l'acqua, la CO 2 forma acido carbonico: CO 2 + H 2 O<>H2CO3. Questa reazione è reversibile e nei capillari tissutali va prevalentemente verso la formazione di H 2 CO 3 (Fig. 8.8.A). Nel plasma, questa reazione procede lentamente, ma negli eritrociti la formazione di acido carbonico sotto l'influenza dell'enzima accelera la reazione di idratazione della CO 2 di 15.000-20.000 volte. L'acido carbonico si dissocia negli ioni H+ e HCO3. Quando il contenuto di ioni HCO 3 aumenta, si diffondono dall'eritrocito nel plasma e gli ioni H + rimangono nell'eritrocito, poiché la membrana dell'eritrocito è relativamente impermeabile ai cationi. Il rilascio di ioni HCO 3 nel plasma è bilanciato dall'apporto di ioni cloro dal plasma. Allo stesso tempo, nel plasma vengono rilasciati ioni sodio, che vengono legati dagli ioni HCO 3 provenienti dagli eritrociti, formando NaHCO 3. L'emoglobina e le proteine plasmatiche, che presentano le proprietà degli acidi deboli, formano sali nei globuli rossi con il potassio e nel plasma con il sodio. L'acido carbonico ha proprietà acide più forti, quindi, quando interagisce con i sali proteici, lo ione H + si lega all'anione proteico e lo ione HCO 3 forma bicarbonato con il catione corrispondente (nel plasma NaHCO 3, negli eritrociti KHCO 3).
Fig.8.8. Schema dei processi che si verificano nel plasma e negli eritrociti durante lo scambio di gas nei tessuti (A) e nei polmoni (B).Nel sangue dei capillari tissutali, contemporaneamente all'ingresso di CO 2 nell'eritrocito e alla formazione di acido carbonico in esso, l'ossigeno viene rilasciato dall'ossiemoglobina. L’emoglobina ridotta è un acido più debole (cioè un migliore accettore di protoni) rispetto all’emoglobina ossigenata. Pertanto, lega più facilmente gli ioni idrogeno formati durante la dissociazione dell'acido carbonico. Pertanto, la presenza di emoglobina ridotta nel sangue venoso favorisce il legame della CO 2, mentre la formazione di ossiemoglobina nei capillari polmonari facilita il rilascio di anidride carbonica.
Nel trasferimento della CO 2 attraverso il sangue, di grande importanza è anche il legame chimico della CO 2 con i gruppi amminici finali delle proteine del sangue, la più importante delle quali è la globina nella composizione dell'emoglobina. Come risultato della reazione con la globina, il cosiddetto carbamminoemoglobidone. L'emoglobina ridotta ha un'affinità maggiore per la CO2 rispetto all'ossiemoglobina. Pertanto, la dissociazione dell'ossiemoglobina nei capillari dei tessuti facilita il legame della CO 2 e nei polmoni la formazione di ossiemoglobina favorisce la rimozione dell'anidride carbonica.
Della quantità totale di CO che può essere estratta dal sangue, solo l’8-10% è combinata con l’emoglobina. Tuttavia, il ruolo di questo composto nel trasporto della CO 2 nel sangue è piuttosto significativo. Circa il 25-30% della CO 2 assorbita dal sangue nei capillari del circolo sistemico si combina con l'emoglobina e nei polmoni viene rimossa dal sangue.
Quando il sangue venoso entra nei capillari dei polmoni, la tensione di CO 2 nel plasma diminuisce e la CO 2 fisicamente disciolta all'interno degli eritrociti viene rilasciata nel plasma. Quando ciò accade, H 2 CO 3 si trasforma in CO 2 e acqua (Fig. 8.8.B), e l'anidrasi carbonica catalizza la reazione in questa direzione. H 2 CO 3 per tale reazione viene rilasciata come risultato della combinazione di ioni HCO 3 con ioni idrogeno rilasciati dal legame con anioni proteici.
A riposo, attraverso la respirazione, vengono rimossi dal corpo umano 230 ml di CO 2 al minuto, ovvero circa 15.000 mmol al giorno. Poiché la CO 2 è un'anidride carbonica “volatile”, quando viene rimossa dal sangue scompare circa una quantità equivalente di ioni idrogeno. Quindi il respiro gioca ruolo importante nel mantenere equilibrio acido-base nell'ambiente interno del corpo. Se, a seguito di processi metabolici nel sangue, il contenuto di ioni idrogeno, poi, grazie ai meccanismi umorali di regolazione della respirazione, questa porta ad un aumento ventilazione polmonare (iperventilazione). In questo caso, le molecole di CO 2 formate durante la reazione HCO 3 + H + -> H 2 CO 3 -> H 2 O + CO 2 vengono rilasciate Di più e il pH ritorna a livelli normali.
Scambio di gas tra sangue e tessuti
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Scambio gassoso di O 2 e CO 2 tra sangue capillare grande cerchio e le cellule dei tessuti avviene per semplice diffusione. Il trasferimento dei gas respiratori (O 2 - dal sangue ai tessuti, CO 2 - nella direzione opposta) avviene sotto l'influenza del gradiente di concentrazione di questi gas tra il sangue nei capillari e fluido interstiziale. Differenza di tensione O2 su entrambi i lati del muro capillare sanguigno, garantendo la sua diffusione dal sangue nel liquido interstiziale, varia da 30 a 80 mm Hg. (4,0-10,7 kPa). La tensione di CO 2 nel liquido interstiziale sulla parete del capillare sanguigno è di 20-40 mm Hg. (2,7-5,3 kPa) più che nel sangue. Poiché la CO2 si diffonde circa 20 volte più velocemente dell'ossigeno, la rimozione della CO2 avviene molto più facilmente che la fornitura di ossigeno.
Lo scambio di gas nei tessuti è influenzato non solo dai gradienti della tensione dei gas respiratori tra il sangue e il liquido interstiziale, ma anche dalla superficie di scambio, dalla distanza di diffusione e dai coefficienti di diffusione dei mezzi attraverso i quali i gas vengono trasferiti. Il percorso di diffusione dei gas è più breve quanto maggiore è la densità rete capillare. Per 1 mm 3 la superficie totale del letto capillare raggiunge, ad esempio, 60 m 2 nel muscolo scheletrico e 100 m 2 nel miocardio. L'area di diffusione determina anche il numero di globuli rossi che fluiscono attraverso i capillari per unità di tempo, a seconda della distribuzione del flusso sanguigno nel sistema microvascolare. Il rilascio di O2 dal sangue nei tessuti è influenzato dalla convezione del plasma e del liquido interstiziale, nonché dal citoplasma negli eritrociti e nelle cellule dei tessuti. L'O2 che diffonde nei tessuti viene consumato dalle cellule durante la respirazione tissutale, quindi la differenza nel suo voltaggio tra sangue, liquido interstiziale e cellule esiste costantemente, garantendo la diffusione in questa direzione. All'aumentare del consumo di ossigeno nei tessuti, la sua tensione nel sangue diminuisce, facilitando la dissociazione dell'ossiemoglobina.
La quantità di ossigeno consumata dai tessuti, come percentuale del contenuto totale del sangue arterioso, è chiamata coefficiente di utilizzo dell'ossigeno. A riposo per tutto il corpo coefficientefattore di utilizzo dell'ossigeno pari a circa il 30-40%. Tuttavia, il consumo di ossigeno nei diversi tessuti differisce in modo significativo e il coefficiente del suo utilizzo, ad esempio nel miocardio, nella materia grigia del cervello e nel fegato, è del 40-60%. A riposo, la materia grigia del cervello (in particolare la corteccia cerebrale) consuma da 0,08 a 0,1 ml di O 2 per 1 g di tessuto al minuto, e nella sostanza bianca del cervello è 8-10 volte inferiore. Nella corteccia renale il consumo medio di O 2 è circa 20 volte maggiore che nelle parti interne del midollo renale. Per grave attività fisica tasso di utilizzo O 2 in funzione muscoli scheletrici e il miocardio raggiunge il 90%.
L'ossigeno che entra nei tessuti viene utilizzato nei processi ossidativi cellulari che si verificano a livello subcellulare con la partecipazione di enzimi specifici situati in gruppi in stretta sequenza sul lato interno delle membrane mitocondriali. Per il normale svolgimento dei processi metabolici ossidativi nelle cellule, è necessario che il voltaggio dell'O 2 nell'area dei mitocondri non sia inferiore a 0,1-1 mm Hg. (13,3-133,3 kPa).
Questa quantità si chiamatensione critica dell’ossigeno nei mitocondri.
Poiché nella maggior parte dei tessuti l'unica riserva di O 2 è la sua frazione fisicamente disciolta, una diminuzione dell'apporto di O 2 dal sangue porta al fatto che il fabbisogno di O 2 dei tessuti non è più soddisfatto e si sviluppa carenza di ossigeno
e ossidativo processi metabolici stanno rallentando.
L'unico tessuto in cui è presente un deposito di O 2 è il muscolo. Il ruolo del deposito di O2 nel tessuto muscolare è svolto dal pigmento mioglobina, vicino nella struttura all'emoglobina e capace di legare reversibilmente O 2. Tuttavia, il contenuto di mioglobina nei muscoli umani è piccolo e quindi la quantità di O immagazzinato non può fornirlo funzionamento normale durante lungo periodo tempo. L'affinità della mioglobina per l'ossigeno è superiore a quella dell'emoglobina: già a un voltaggio di O, 3-4 mm Hg. Il 50% della mioglobina si trasforma in ossimioglobina e a 40 mm Hg. la mioglobina è satura di O 2 fino al 95%. Durante la contrazione muscolare, da un lato, aumenta il fabbisogno energetico delle cellule e i processi ossidativi si intensificano, dall'altro, le condizioni per l'apporto di ossigeno si deteriorano bruscamente, poiché durante la contrazione il muscolo comprime i capillari e l'accesso del sangue attraverso di essi può cessare. Durante la contrazione, viene consumato l'O2 immagazzinato nella mioglobina durante il rilassamento muscolare. Ciò è di particolare importanza per il muscolo cardiaco che lavora costantemente e attivamente, poiché il suo apporto di ossigeno dal sangue è periodico. Durante la sistole, a seguito di un aumento della pressione intramurale, il sangue scorre nel bacino di sinistra arteria coronaria diminuisce e negli strati interni del miocardio ventricolare sinistro può poco tempo fermarsi completamente. Quando la tensione dell'O 2 nelle cellule muscolari scende al di sotto di 10-15 mm Hg. (1,3-2,0 kPa), la mioglobina inizia a rilasciare O immagazzinato sotto forma di ossimioglobina durante la diastole. Il contenuto medio di mioglobina nel cuore è di 4 mg/g. Poiché 1 g di mioglobina può legare fino a circa 1,34 ml di ossigeno, condizioni fisiologiche le riserve di ossigeno nel miocardio sono circa 0,005 ml per 1 g di tessuto. Questa quantità di ossigeno è sufficiente per garantire che, in condizioni completa cessazione la sua consegna attraverso il sangue mantiene i processi ossidativi nel miocardio per soli 3-4 s. Tuttavia, la durata della sistole è molto più breve, quindi la mioglobina, che agisce come un deposito a breve termine di O 2, protegge il miocardio dalla carenza di ossigeno.
Proteine di trasporto- nome collettivo grande gruppo proteine che svolgono la funzione di trasportare vari ligandi sia attraverso la membrana cellulare o all'interno della cellula (negli organismi unicellulari), sia tra diverse cellule di un organismo multicellulare. Le proteine di trasporto possono essere integrate nella membrana o proteine idrosolubili secrete dalla cellula, situate nello spazio peri- o citoplasmatico, nel nucleo o negli organelli degli eucarioti.
I principali gruppi di proteine di trasporto:
- proteine chelanti;
- proteine di trasporto
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✪ Membrane cellulari e trasporto cellulare
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Hai mai immaginato come sarebbe essere dentro una gabbia? Immagina il materiale genetico, il citoplasma, i ribosomi: li troverai in quasi TUTTE le cellule, sia nei procarioti che negli eucarioti. Inoltre, le cellule eucariotiche hanno anche organelli legati alla membrana. Tutti questi organelli si esibiscono diverse funzioni. Ma le cellule non sono piccoli mondi isolati. Hanno molte cose dentro, ma interagiscono anche con l'ambiente esterno. È logico che per mantenere un ambiente interno stabile – altrimenti noto come omeostasi – debbano controllare ciò che accade dentro e fuori di loro. Una struttura molto importante responsabile di tutto il contenuto cellulare è la membrana cellulare. Controllando ciò che accade all'interno e all'esterno, la membrana aiuta a mantenere l'omeostasi. Diamo un'occhiata alla membrana cellulare. Puoi studiare la membrana cellulare in dettaglio: ha una struttura e capacità di segnalazione sorprendenti. Ma fondamentalmente è costituito da un doppio strato fosfolipidico. Bilayer significa 2 strati, cioè abbiamo 2 strati di lipidi. Questi lipidi, chiamati fosfolipidi, sono costituiti da teste polari e code non polari. Alcune molecole non hanno problemi a permeare la membrana direttamente attraverso il doppio strato fosfolipidico. Le molecole molto piccole e non polari rientrano perfettamente in questa categoria. Quindi fai dei gas. L’ossigeno e l’anidride carbonica sono buoni esempi. Questo fenomeno è noto come diffusione semplice. Nessuna energia viene spesa per spostare le molecole dentro e fuori in questo modo, quindi il processo rientra nella categoria del trasporto passivo. La diffusione semplice segue un gradiente di concentrazione. Le molecole si spostano dalla regione con alta concentrazione in un'area a bassa concentrazione. Quindi quando senti qualcuno dire che qualcosa accade lungo un gradiente, questo è ciò che intende. Implicano il movimento di molecole da un'area a concentrazione maggiore a un'area a concentrazione minore. Ricordi come abbiamo detto che la membrana cellulare è in realtà una struttura piuttosto complessa? Bene, una cosa che non abbiamo ancora menzionato sono le proteine di membrana, e alcune di esse sono proteine di trasporto. Alcune proteine di trasporto formano canali. Alcuni di essi cambiano forma per consentire l'ingresso di sostanze. Alcuni di essi si aprono e si chiudono sotto l'influenza di alcuni stimoli. E questi scoiattoli... roba forte, perché aiutano le molecole che sono troppo grandi per passare da sole o troppo polari. E poi hanno bisogno dell'aiuto delle proteine di trasporto. Questa è nota come diffusione facilitata. È ancora diffusione e le molecole si muovono ancora lungo un gradiente di concentrazione dall'alto verso il basso. Non richiede energia, quindi è un tipo di trasporto passivo. Le proteine sono semplicemente un facilitatore, o un assistente, in questa materia. Gli ioni carichi spesso utilizzano canali proteici per muoversi. Il glucosio ha bisogno di aiuto proteine di trasporto. Nel processo di osmosi, l'acqua passa attraverso canali di membrana chiamati acquaporine per consentire all'acqua di passare rapidamente attraverso una membrana. Questi sono tutti esempi di diffusione facilitata, che è un tipo di trasporto passivo in cui il movimento segue un gradiente di concentrazione dall'alto al basso. Tutto ciò che abbiamo già menzionato riguardava solo il trasporto passivo, cioè movimento dalla concentrazione maggiore a quella minore. Ma cosa succede se dobbiamo andare a? rovescio? Ad esempio, le cellule intestinali devono assorbire il glucosio. Ma cosa succede se la concentrazione di glucosio all'interno della cellula è maggiore che all'esterno? Abbiamo bisogno di assorbire il glucosio al suo interno, e per questo deve essere trascinato contro gradiente di concentrazione. Il movimento delle molecole da una zona a bassa concentrazione a una zona ad alta concentrazione richiede energia perché va controcorrente. Tipicamente, questa è energia ATP. Lascia che ti ricordi che l'ATP - adenosina trifosfato - comprende 3 gruppi fosforici. Quando si rompe l’ultimo legame fosfato, viene rilasciata un’enorme quantità di energia. È semplicemente una piccola molecola fantastica. L’ATP può attivare il trasporto attivo, facendo sì che le molecole si muovano contro un gradiente di concentrazione. E un modo è usare le proteine di trasporto. Uno dei nostri esempi preferiti di trasporto attivo è la pompa sodio-potassio, quindi vale sicuramente la pena darci un'occhiata! Ancora una volta, quando una cellula ha bisogno di consumare energia per il trasporto, significa stiamo parlando sul trasporto attivo. Ma supponiamo che la cellula abbia bisogno di una molecola molto grande: un grande polisaccaride (se hai dimenticato, dai un'occhiata al nostro video sulle biomolecole). Potrebbe essere necessaria una membrana cellulare per legare la molecola e quindi attirarla all'interno. Questo si chiama endocitosi - da "endo" - verso l'interno. Spesso questa fusione delle sostanze con la membrana cellulare forma vescicole che possono essere liberate all'interno della cellula. Endocitosi è il termine base, ma esistono diversi tipi di endocitosi, a seconda di come la cellula attira la sostanza. Le amebe, ad esempio, utilizzano l'endocitosi. Gli pseudopodi si estendono e circondano ciò che l'ameba vuole mangiare e la sostanza viene trascinata nel vacuolo. Esistono altre forme, come la bizzarra endocitosi mediata dai recettori, in cui le cellule possono essere molto, molto, molto esigenti riguardo a ciò che assumono perché la sostanza che assumono deve legarsi ai recettori per poter entrare. Oppure la pinocitosi, che permette alla cellula di assorbire i liquidi. Quindi cerca su Google per scoprire maggiori dettagli tipi diversi endocitosi. L'esocitosi è l'opposto dell'endocitosi perché elimina le molecole ("exo" significa fuori). L'esocitosi può essere utilizzata per liberare le cellule dai rifiuti, ma è anche molto importante per spostare all'esterno materiali importanti prodotti dalla cellula. Vuoi un esempio interessante? Tornando ai polisaccaridi: sapevate che gli idrocarburi giganti sono molto importanti per la formazione della parete cellulare delle piante? Una parete cellulare è diversa da una membrana cellulare: tutte le cellule hanno membrane, ma non tutte le cellule hanno una parete. Ma se all'improvviso ne avete bisogno una parete cellulare, avrai bisogno di un posto dove - poi all'interno della cellula vengono prodotti idrocarburi per questa parete. Questo è un ottimo esempio della necessità di esocitosi. Questo è tutto! E ti ricordiamo: resta curioso!
Funzione di trasporto delle proteine
La funzione di trasporto delle proteine è la partecipazione delle proteine al trasferimento di sostanze dentro e fuori le cellule, ai loro movimenti all'interno delle cellule, nonché al loro trasporto attraverso il sangue e altri fluidi in tutto il corpo.
Esistono diversi tipi di trasporto effettuati utilizzando le proteine.
Trasporto di sostanze attraverso la membrana cellulare
Il trasporto passivo è fornito anche dalle proteine canale. Le proteine che formano canali formano pori acquosi nella membrana attraverso i quali (quando aperti) possono passare le sostanze. famiglie speciali di proteine che formano canali (connessine e pannexine) formano giunzioni gap attraverso le quali le sostanze a basso peso molecolare possono essere trasportate da una cellula all'altra (attraverso le pannexine e nelle cellule dall'ambiente esterno).
I microtubuli, strutture costituite da proteine tubulina, vengono utilizzati anche per trasportare sostanze all'interno delle cellule. I mitocondri e le vescicole di membrana con carico (vescicole) possono muoversi lungo la loro superficie. Questo trasporto è effettuato dalle proteine motrici. Si dividono in due tipi: dineine citoplasmatiche e chinesine. Questi due gruppi di proteine differiscono in base all'estremità del microtubulo da cui spostano il carico: le dineine dall'estremità + all'estremità - e le chinesine nella direzione opposta.
