Trasporti di membrana

Meccanismi di trasporto di membrana

La cellula deve essere in grado di scambiare materiale con l’esterno. La composizione dell’ambiente intracellulare è diversa da quella extracellulare. È necessario regolare le concentrazioni ioniche.

Esiste il trasporto di membrana perché la cellula deve:

• Assumere sostanze nutritive → importare sostanze importanti (glucosio).
• Regolare le concentrazioni ioniche (Na+, Ca 2+, H+...).
• Eliminare i prodotti metabolici di rifiuto (es. CO2).

Sono permeabili a piccole molecole apolari e polari, vengono attraversate facilmente dalle molecole apolari e piccole. Sono impermeabili agli ioni e alle molecole apolari di grandi dimensioni. Funzionano da barriera per la maggior parte di molecole polari. La cellula può mantenere concentrazioni diverse di soluti nel citosol rispetto all'ambiente extracellulare.

Una molecola diffonde attraverso il doppio strato tanto più velocemente quanto più è piccola e quanto più limitate sono le sue interazioni favorevoli con l’acqua, cioè quanto minore è la polarità della molecola. Alcune molecole sono troppo grandi per attraversare completamente la membrana.

L’ambiente intracellulare ha una composizione specifica.

Sistemi di trasporto di membrana

Passivo: non richiede energia.

Diffusione semplice

Le molecole di soluto apolari molto piccole seguono il processo di diffusione semplice. Le molecole si muovono verso lo stato di equilibrio: si spostano da uno spazio ricco a uno con meno concentrazione.

Se si hanno due soluti che si muovono in direzioni opposte, ognuno segue il proprio gradiente di concentrazione.

In sintesi: la diffusione è il processo di movimento casuale verso lo stato di equilibrio e, più specificamente, la diffusione è il movimento netto di particelle da regioni a concentrazione maggiore a regioni a concentrazione minore. Ogni molecola è dotata di una certa energia cinetica e la conseguenza del suo moto casuale è che all’interno di una soluzione tutte le molecole tendono a raggiungere una distribuzione uniforme.

La velocità di diffusione dipende da 4 fattori:

• Diametro delle molecole e degli ioni: più piccola è, più veloce.
• Temperatura della soluzione: maggiore temperatura, maggiore velocità.
• Carica elettrica.
• Gradiente di concentrazione: maggiore è il gradiente, maggiore è la velocità.

Il movimento dei soluti dall’interno all’esterno della cellula o viceversa è dovuto alle proprietà della membrana, che viene definita permeabile o impermeabile ai soluti che la attraversano.

Per quanto riguarda le membrane a permeabilità selettiva, è possibile che i pori possano essere attraversati da acqua ma non dai soluti. Allora avviene un passaggio di acqua attraverso le membrane: l’osmosi → acqua si muove verso il soluto dove è più concentrato.

Pressione osmotica: forza che viene applicata nel compartimento in cui l’acqua è poco concentrata mentre il soluto è altamente concentrato per evitare che le particelle di acqua si spostino nella sua direzione.

La risposta delle cellule alle differenze di pressione osmotica. Quando si hanno due soluzioni, quella a maggior concentrazione è detta ipertonica mentre l’altra ipotonica. Se hanno concentrazioni uguali sono isotoniche. Se immergiamo un globulo rosso nella soluzione ipertonica si ha una fuoriuscita di acqua, se lo si immerge in una soluzione ipotonica la cellula si gonfia e se è eccessivo si ha la lisi.

Questo meccanismo su grandi distanze non è efficiente.

Diffusione facilitata

Diffusione facilitata: sempre secondo il gradiente ma è facilitata dalle proteine transmembrana.

• Proteine trasportatrici: legano il soluto con un legame che poi sciolgono all’interno della cellula. La proteina trasportatrice si alterna tra due conformazioni, in modo che il sito di legame del soluto sia esposto sui due lati della membrana. Il trasportatore può essere saturo, tutti i suoi siti sono occupati, e ha la velocità di diffusione massima. Questa velocità è specifica per ogni trasportatore e riflette la capacità del trasportatore di passare tra i due stati conformazionali.

Le proteine di trasporto di membrana sono selettive per determinate molecole o classi di molecole. Mutazioni di geni codificanti per proteine di trasporto causano patologie dovute al mancato trasporto di specifiche molecole. Per esempio la malattia ereditaria cistinuria è causata dalla incapacità di trasportare certi aminoacidi, tra i quali i dimeri di cisteina chiamati cistina, nei tubuli renali con formazione ricorrente di calcoli renali di cistina.

• Proteine canali: creano dei fori quindi non legano il soluto e sono strettamente selettivi. Proteina canale forma un poro pieno d’acqua in cui diffonde lo ione specifico, processo meno lungo.

Le proteine citate in entrambi i casi sono proteine transmembrana. Il gradiente di concentrazione che si instaura tra i due lati della membrana determina la direzione del trasporto.

Se un soluto è dotato di carica netta, il gradiente di concentrazione e il gradiente di potenziale elettrico ne influenzano il trasporto. I due gradienti possono combinare per calcolare una forza motrice netta → gradiente elettrochimico. A seconda di questo può avvenire la diffusione. Sebbene le cariche elettriche all&r