Processo di diffusione – Spiegazione

Concetto di diffusione e caratteristiche

La diffusione è un processo che avviene sempre e in maniera spontanea, e consiste nel passaggio delle molecole da una determinata soluzione a un'altra.
È un fenomeno che si può osservare facilmente anche in ambiente casalingo, quando per esempio si versano alcune gocce di liquidi come l'amaro, la Coca-Cola, il vino rosso in acqua.

La velocità di tale processo è influenzata da 4 fattori principali:

- la temperatura del liquido, in quanto man mano che questa aumenta, le molecole si muovono più velocemente (eccitazione termica);

- le dimensioni dell'ambiente circostante: c'è una bella differenza a svolgere l'esperimento citato in precedenza in un secchio o in un bicchiere;

- la concentrazione delle due soluzioni, in quanto più la loro differenza è maggiore, più il processo di diffusione avviene rapidamente;

- le dimensioni delle molecole deputate al movimento, in quanto a quelle di piccole dimensioni il movimento risulta facilitato, visto che possono incunearsi anche negli spazi più "stretti" e "angusti".

A volte tra le due soluzioni sono presenti alcune "barriere", per esempio quella della membrana fosfolipidica nel caso delle cellule.
In quest'ultimo caso, tale membrana è selettivamente permeabile, poiché permette il passaggio solo di alcune molecole. Il processo di diffusione avviene finché le due soluzioni non presentano la stessa concentrazione, in due maniere differenti:

- trasporto passivo, in cui le molecole si agitano transitando dalla soluzione più concentrata a quella con minore concentrazione; non necessita di energia, sotto forma di molecole di ATP;

- trasporto attivo, in cui le molecole si agitano transitando dalla soluzione meno concentrata a quella con maggiore concentrazione; necessita dell'utilizzo di energia.

Trasporto passivo
La diffusione che prevede tale procedimento può essere semplice oppure facilitata attraverso determinate strutture, senza comunque dispendio di energia.

La diffusione semplice permette il passaggio attraverso la membrana di sostanze come i lipidi (interagiscono con il doppio strato di fosfolipidi) e l'acqua (piccole dimensioni), mentre biomolecole di grandi dimensioni, come le proteine, e le sostanze polari, che interagiscono con l'acqua aumentando le loro dimensioni, non riescono ad attraversarla.
Per questo motivo è necessaria l'entrata in gioco di strutture "facilitatrici", ossia:

- i canali proteici, costituiti da amminoacidi polari che interagiscono con molecole di questa natura ed esternamente costituiti da molecole apolari che interagiscono con la membrana; una particolare tipologia è costituita dai canali ionici, che consentono il passaggio di ioni anche grazie a molecole di segnalazione, e dalle acquaporine, che favoriscono il passaggio dell'acqua (aumentano le permeabilità) in caso di necessità;

- i carrier, proteine di trasporto che permettono alle molecole di entrare e uscire dalle molecole in caso di bisogno; un esempio è fornito da quello del glucosio.

Un altro caso di trasporto passivo riguarda l'osmosi, processo in cui le molecole d'acqua si muovono da una soluzione ipotonica, nella quale lo stesso liquido è presente in quantità maggiore, a una ipertonica, in cui è presente in quantità minore in virtù della presenza del soluto.
In questo caso le due soluzioni sono separate da una membrana, che consente il solo passaggio delle molecole di acqua, e il fenomeno è basato sulla differenza di potenziale idrico (energia potenziale) delle due soluzioni, in questo caso rappresentato da due concentrazioni differenti.

Dunque, le molecole d'acqua effettuano questo transito finché non si arriva ad avere due soluzioni isotoniche, ossia con la stessa concentrazione.

Trasporto attivo

Anche nel caso del trasporto attivo esistono strutture che facilitano tutto il processo di diffusione, dette "pompe".
Ne esistono di 3 tipi:

- simporto, che trasportano due molecole sempre nella stessa direzione;

- uniporto, che trasportano una molecola in una sola e unica direzione;

- antiporto, che trasportano due molecole in due direzioni differenti.

Un esempio di queste ultime è dato dalla pompa sodio-potassio, che permette l'entrata nella cellula di 3 ioni potassio e l'uscita di 3 ioni sodio, tramite l'utilizzo di una molecola di ATP.
Quando si rompe un legame e un gruppo fosfato si aggancia a tale pompa, viene liberata energia e ne viene modificata la forma, permettendo la fuoriuscita del sodio e l'entrata del potassio nel citoplasma.

Nel momento in cui si è svolto tutto ciò, il gruppo fosfato si stacca dalla pompa poiché l'energia è esaurita e il ciclo ricomincia, con l'utilizzo di una nuova molecola di ATP e l’utilizzo di nuova energia.