L’omeostasi a livello cellulare è fondamentale per mantenere l’omeostasi nell’intero organismo. Le cellule animali hanno diversi modi per aiutarli a rimanere in equilibrio.
Membrana cellulare e doppio strato fosfolipidico
La membrana cellulare funziona come un confine che separa l’ambiente cellulare interno dall’ambiente esterno. È selettivamente permeabile, il che significa che lascia passare alcuni materiali ma regola il passaggio di altri materiali.
Il doppio strato fosfolipidico è una struttura a due strati che costituisce la membrana cellulare che circonda la cellula. Comprende molecole di fosfato e molecole lipidiche con le estremità idrofobiche delle molecole lipidiche rivolte verso l’interno e le estremità idrofile del fosfato rivolte verso l’esterno. Si tratta di circa 7,5 nm di spessore. Oltre alle molecole di fosfolipidi, la membrana contiene anche carboidrati, glicoproteine, canali proteici, colesterolo e filamenti che costituiscono un citoscheletro e danno supporto.
I due meccanismi con cui le molecole vengono trasportate attraverso la membrana cellulare sono il trasporto attivo e il trasporto passivo. Il trasporto attivo richiede il dispendio di energia mentre i risultati passivi dal movimento casuale delle molecole. Osmosi e diffusione sono due tipi di trasporto passivo. Nell’osmosi, l’acqua si sposta da aree di maggiore concentrazione a una concentrazione minore fino al raggiungimento dell’equilibrio. È il processo più importante con cui l’acqua si muove dentro e fuori dalla cellula. Piccole molecole passano attraverso la membrana cellulare per diffusione, utilizzando anche un gradiente di concentrazione.
L’immagine sopra mostra i dettagli del doppio strato fosfolipidico della membrana cellulare.
Meccanismi di trasporto di ioni
Esistono diversi meccanismi di trasporto di ioni all’interno della membrana cellulare che funzionano per mantenere livelli adeguati di soluti all’interno e all’esterno della cellula. Uno dei più importanti è la pompa ATPasi sodio-potassio. Questo sistema utilizza l’energia immagazzinata nell’ATP per pompare il potassio nella cellula e il sodio fuori dalla cellula. Un’altra pompa critica è la pompa di calcio ATPasi che sposta il calcio fuori dalla cellula o lo pompa nel reticolo endoplasmatico. Questo trasferimento di ioni avanti e indietro attraverso la membrana crea un potenziale di membrana che guida le correnti ioniche. Inoltre, l’acqua si muove dentro e fuori dalla cellula in base alle differenze nelle concentrazioni di ioni. In questo modo, il trasporto di ioni aiuta a regolare sia il volume della cellula che il potenziale di membrana.
L’immagine sopra mostra i componenti di una pompa sodio-potassio nel doppio strato fosfolipidico della membrana cellulare.
Comunicazione cellulare
Esistono tre tipi fondamentali di comunicazione intercellulare utilizzati per mantenere l’omeostasi. Il primo è quando si verifica un contatto diretto tra le membrane di due cellule e si segnalano l’un l’altro. Il secondo è quando le cellule utilizzano segnali chimici a corto raggio su brevi distanze. Il terzo è segnali a lunga distanza che vengono secreti nel flusso sanguigno e possono essere trasportati ovunque nel corpo.
Le giunzioni gap sono strutture che consentono alle cellule di comunicare tra loro in un processo chiamato riconoscimento cella a cella. Lo sviluppo embrionale e la risposta immunitaria sono due esempi di dove viene utilizzata questa comunicazione. La segnalazione paracrina si riferisce alla segnalazione chimica che modifica il comportamento delle cellule vicine. Un esempio di questo è il neurotrasmettitore acetilcolina che trasporta un messaggio chimico da una cellula nervosa all’altra.
Gli ormoni sono il modo in cui le cellule comunicano su distanze più lunghe, note come segnalazione endocrina. Un esempio è la secrezione di insulina dal pancreas nel flusso sanguigno che viaggia in tutto il corpo per segnalare alle cellule di assumere glucosio. Una cella può anche utilizzare la segnalazione chimica su se stessa in un processo chiamato segnalazione autocrina. Questo tipo di comunicazione cellulare è visto con citochina interleuchina-1 nei monociti nel sistema immunitario. Uno stimolo esterno produce interleuchina-1 che può legarsi ai recettori della stessa cellula che lo ha prodotto.
L’immagine sopra mostra diversi tipi di segnalazione chimica che si verifica tra le cellule.