Perch parlare del concetto di diffusione E una

Perché parlare del concetto di diffusione? E’ una proprietà fisica fondamentale di tutti i processi biologici e costituisce il motore tramite il quale le cellule possono generare segnali

Cos’è la diffusione? Se introduciamo una goccia di colorante in acqua, questo si disperde cioè, diffonde dispersione t 0 t 1 t 2 t 3

Che cosa spinge le particelle a diffondere? La diffusione è il movimento molecolare generato dall’energia termica: moti browniani (A. Einstein) Che cos’è l’Energia Termica? Energia Termica = k. T (u. d. m. joules) costante di Boltzmann 1. 38 x 10 -23 joules/o. K temperatura assoluta 300 o. K a temperatura ambiente Nota: k · N (Numero di Avogadro) = R (costante dei gas) = P·V/T

Diffusione di Soluti Flusso Molare Unidirezionale: Quantità di soluto che attraversa un’area unitaria nell’unità di tempo 1 2 Flusso netto: [moli/(cm 2×sec)] Dove: n=no particelle N= numero di Avogadro A=area T=tempo

Flusso netto Flusso unidirez. C 1 C 2 Flusso unidirez. C 2 C 1 Flusso netto

Equazione di Teorell: L’intensità del flusso è proporzionale alla forza che lo genera (Xºdriving force)

Flusso di massa gradiente pressorio km dipende da: - viscosità della soluzione - geometria del condotto

Flusso diffusionale libero animazioni Diffusione attraverso una membrana

Diffusione attraverso una membrana aspetti quantitativi animazioni Rappresentazione grafica del processo di diffusione

Diffusione Tempo B Concentr. di glucosio (mmoli/l) Tempo A Tempo C

Ia Legge di Fick per la diffusione flusso diffusivo C’è un flusso netto di colorante dalla zona ad alta concentrazione a quelle a bassa concentrazione ovvero: è la pendenza del gradiente di concentrazione La costante di proporzionalità dipende dalla mobilità del soluto

Migrazione in un campo elettrico t 1 t 0 C’è un flusso netto di cationi (K+) verso il catodo (polo -) e di anioni (Cl-) verso l’anodo (polo +) ovvero: è la pendenza del gradiente elettrico La costante di proporzionalità dipende dalla mobilità e dalla concentrazione del soluto

Una differenza di cariche (Δq) ovvero di potenziale elettrico (ΔV) ai due capi della membrana influenza il movimento degli ioni cariche - cariche + Anioni Cationi Citoplasma { Spazio extracell. membrana Quindi, il flusso di particelle cariche dipende non solo dal gradiente di concentrazione ma anche dal gradiente elettrico Equazione di Nernst-Planck:

La diffusione dell’acqua Le molecole d’acqua tendono a diffondere da una soluzione più diluita ad una più concentrata Tale flusso di acqua è definito flusso osmotico Se una membrana è permeabile all’acqua ma impermeabile ad un soluto avente concentrazioni diverse ai due lati della stessa, l’acqua si muoverà cercando di uguagliare le concentrazioni di soluto ai due lati della membrana più diluito soluto H 2 O più concentrato

ESEMPIO Nel sistema illustrato l’acqua continuerà a diffondere nella camera con la più alta concentrazione di soluto finchè l’energia potenziale della colonna di liquido più alta (a destra) uguaglierà la differenza di energia libera insita nella differenza di concentrazione. La pressione esercitata dalla differenza in altezza delle colonne di liquido, ovvero dal pistone, è definita Pressione Osmotica

Pressione osmotica costante dei gas (=0. 082 atm·l·mole-1·o. K 1 =8. 314 j·mole-1·o. K-1) temperatura assoluta (o. K) concentrazione del soluto (moli·l-1) Nota: Questa è la relazione che esiste tra energia libera e concentrazione: DG=-k·T·ln(C 2/C 1) ovvero, C 2/C 1=e- DG/k. T

Pressione osmotica L’acqua tende a muoversi da un soluto a bassa concentrazione (acqua ad alta concentrazione) ad un soluto ad alta concentrazione (acqua a bassa concentrazione) membrana permeabile all’acqua pressione idrostatica Pressione osmotica = pressione idrostatica richiesta per prevenire un flusso netto di H 2 O

Effetto del flusso di acqua attraverso una membrana semipermeabile molecole di H 2 O contenitore a pareti rigide LATO 1 molecole di saccarosio LATO 2 parete distensibile flusso diffusionale flusso pressorio

Mantenimento del bilancio osmotico L’acqua si muove attraverso la membrana cellulare dalla zona a bassa concentrazione di soluto (alta [H 2 O]) ad una ad alta concentrazione di soluto (bassa [H 2 O]) - osmosi bassa [soluto] alta [soluto] H 2 O esplode si gonfia pressione osmotica H 2 O • Normalmente la [Na. Cl] extracellulare bilancia la [soluto] intracellulare • Il bilancio è mantenuto dalla pompa Na-K ATPasi

Le cellule devono essere isotoniche Concentrazione di Na. Cl nel fluido extracellulare Movimento netto dell’H 2 O raggrinzita ipertonica normale rigonfia Concentrazione ionica nel fluido extracellulare isotonica ipotonica lisata