Membrana plasmatica: Trasporto Attivo e Passivo

Vi sono varie metodologie di trasporto attraverso la membrana plasmatica, che possono essere distinte in trasporto attivo e passivo. Nel complesso questi meccanismi permettono il passaggio di ioni, gas, acqua, amminoacidi, zuccheri (come il glucosio) ed urea attraverso le membrane cellulari, quindi fondamentalmente sostanze piccole.

Il trasporto passivo non richiede energia per essere alimentato ed avviene secondo gradiente di concentrazione, cioè da zone a maggiore concentrazione a zone a minore concentrazione. Con il termine concentrazione si intende la concentrazione relativa ad una certa sostanza, come l’ossigeno ad esempio, che deve passare attraverso la membrana.
Il ΔG della reazione nel trasporto di tipo passivo è negativo, è una reazione esoergonica spontanea.
Il concetto fondamentale è che questo tipo di trasporto non richiede energia e trasporta sostanze da dove sono più concentrate a dove sono meno concentrate in maniera spontanea, cioè senza consumo di energia.
Il trasporto passivo comprende tre tipi di trasporto: la diffusione semplice, la diffusione facilitata e l’osmosi.

La diffusione in generale è un processo spontaneo che tende ad uno stato di equilibrio in cui la concentrazione della sostanza che passa attraverso la membrana (convenzionalmente denominata sostanza X) è uguale sia all’interno che all’esterno della membrana. Questo fenomeno è influenzato
dal diametro delle particelle, dalla temperatura e dalla concentrazione della sostanza tra l’esterno e l’interno della membrana. Di conseguenza, tanto più la particella ha un diametro grande quanto più difficilmente diffonderà, maggiore è la temperatura più velocemente diffonderà così come maggiore è la differenza di concentrazione maggior velocemente passerà.

Diffusione semplice
La diffusione semplice non richiede energia e proteine carrier, avviene secondo gradiente di concentrazione e non è specifica. Soltanto i gas e piccole molecole idrofobiche (come i lipidi) possono passare attraverso il doppio strato fosfolipidico tramite diffusione semplice. Più una molecola è liposolubile (come, ad esempio, gli ormoni steroidei) più facilmente passerà la membrana plasmatica. Utilizzano la diffusione semplice ad esempio l’ossigeno, l’anidride carbonica e gli ormoni steroidei (che sono sostanze liposolubili e che quindi diffondono attraverso il doppio strato fosfolipidico).

Diffusione facilitata
La diffusione facilitata non richiede energia, è un passaggio secondo gradiente di concentrazione di ioni e molecole polari, è specifico ed è mediato da specifiche proteine dette trasportatori e dalle proteine canale. Utilizza questa via ad esempio il glucosio o gli amminoacidi.

I trasportatori sono delle proteine, situate a livello della membrana, che legano delle sostanze e ne determinano il passaggio attraverso la membrana stessa. Ne esistono di vari tipi:
1) Uniporto: sono proteine di membrana che portano una sola sostanza o dentro o fuori dalla cellula.
2) Cotrasporto: sono proteine di membrana che possono essere simporto (vale a dire che fanno entrare o uscire contemporaneamente due sostanze) oppure antiporto (proteine che trasportano una sostanza all’interno della cellula ed un’altra sostanza fuori).

Le proteine canale permettono invece il passaggio di acqua o determinati ioni solo e soltanto secondo gradiente di concentrazione. A differenza dei trasportatori i canali possono essere aperti o chiusi. Possono avere, ad esempio, un’apertura controllata da un ligando (cioè una molecola che si
lega alla proteina canale e la apre) oppure possono essere controllati dal potenziale di membrana.
Le proteine canale sono molto specifiche e fanno passare uno o pochi tipi di ioni. Questo perché ogni ione ha un “guscio” acquoso che lo circonda e che permette, in base alle sue dimensioni, un passaggio specifico attraverso una proteina canale. È importante ricordare che le proteine canale sono sempre e solo impegnate in un trasporto passivo, in particolare una diffusione facilitata. I trasportatori invece possono essere impegnati sia in un trasporto attivo secondario, che in una diffusione facilitata. Nello specifico, gli uniporti sono impegnati in una diffusione facilitata, mentre i simporti e gli antiporti in un trasporto attivo secondario.

Osmosi
Le molecole d’acqua passano per specifici canali detti acquaporine, mediante un processo chiamato osmosi che non richiede energia.
Una membrana semipermeabile, come la membrana plasmatica, fa passare solo il solvente ma non il soluto (il solvente è l’acqua, il soluto è, invece, ciò che è disciolto nell’acqua, come ad esempio ioni sodio).
L’acqua attraversa la membrana passando da una soluzione ipotonica ad una ipertonica, o, più semplicemente, dalla soluzione più diluita a quella più concentrata. Di conseguenza, anche l’acqua diffonde così come fanno le altre sostanze, e passa cioè da soluzioni in cui è più presente a soluzioni
in cui è meno presente.