Biologia - trasporto attraverso membrana cellulare

La velocità della diffusione di questi ioni può essere paragonata a quella di sostanze solubili nella

membrana ma il funzionamento di essi è sotto il controllo di un complesso assortimento di fattori di

regolazione.

Diffusione facilitata

La sostanza che deve diffondere si lega prima ad una specifica proteina che attraversa la membrana

detta trasportatore facilitante. Il legame del soluto al livello di un versante provoca un

cambiamento conformazionale della proteina che espone il soluto sull’altro versante della

membrana nel quale può diffondere seguendo il gradiente di concentrazione. La direzione del flusso

dipende dalla concentrazione della sostanza e quindi può avvenire in entrambi i sensi senza spesa di

energia. La diffusione facilitata è molto simile a una reazione catalizzata da un enzima: la proteina

circonda la molecola da trasportare in modo che non interagisca con lo strato lipidico e ne consente

il passaggio. Le proteine trasportatrici sono specifiche per le molecole che trasportano. La velocità

di diffusione è molto inferiore rispetto a quella dei canali ionici (come gli enzimi possiedono una

cinetica di saturazione) e anche questi passaggi possono essere controllati dalla cellula. La

diffusione facilitata consente il passaggio di zuccheri (glucosio), amminoacidi e composti polari. Il

glucosio per esempio possiede almeno 5 proteine isoforme per il passaggio. L’insulina è l’ormone

che regola il riassorbimento di glucosio quando la glicemia nel sangue è molto alta: questo ormone

fa sì che cellule specifiche come quelle del fegato espongano sulla membrana trasportatori del

glucosio che alternativamente sarebbero tenuti in vescicole citoplasmatiche pronte per la fusione.

Il trasporto attivo

La cellula non potrebbe vivere in condizioni di equilibrio per quanto riguarda i soluti.

Le proteine integrali che spostano, cambiando la loro conformazione, una molecola da un lato

all’altro della membrana contro gradiente utilizzando energia sono dette pompe. Questa energia

proviene da:

- reazioni esoergoniche come l’idrolisi dell’ATP

- l’assorbimento della luce

- il trasporto di elettroni

- il flusso di altre sostanze secondo gradiente

Accoppiamento a idrolisi di ATP

+ +

La pompa sodio potassio o N /K -ATPasi è un esempio di questo tipo di accoppiamento. A

differenza delle proteine trasportatrici di membrana la pompa trasporta gli ioni in una sola

+ +

direzione. Il rapporto Na :K non è 1:1 ma 3:2, per ogni molecola di ATP idrolizzata 3 ioni sodio

sono pompati all’esterno e 2 potassio all’interno. Per questo la pompa è elettrogenica: produce

separazione delle cariche. La concentrazione degli ioni positivi da entrambe le parti della membrana

è controbilanciata dalla presenza di altri ioni così che i compartimenti extracellulari e intracellulari

sono complessivamente neutri. Questa è una pompa di tipo P: l’idrolisi dell’ATP fa si che un gruppo

fosfato sia legato alla proteina di trasporto in modo che essa cambi la sua conformazione: essa deve

essere molto affine allo ione che deve attaccare sul lato a concentrazione inferiore e meno affine sul

lato dove esso deve essere rilasciato (e dove è presente in maggiori quantità). Il cambiamento

conformazionale serve anche per esporre i siti di legame verso l’uno o l’altro versante. Gli ioni di

potassio si legano a due ioni di rubidio. Funzionamento della pompa: la proteina lega internamente

tre ioni Ca+, dunque viene fosforilata e il sito di legame è esposto alla superficie esterna. A questo

punto la proteina non ha affinità per il calcio, lo rilascia nell’ambiente extracellulare e invece lega

due ioni K+. La proteina viene defosforilata e riassume la conformazione originaria, rilasciando

nello spazio intracellulare i due ioni K+ che non sono più affini alla proteina. La pompa sodio

potassio consuma 1/3 dell’energia prodotta dagli animali e 2/3 di quelle nervose ed è presente solo

negli animali. Si pensa che essa sia presente per mantenere il volume della cellula, e per la

generazione dell’impulso nervoso nelle cellule nervose e muscolari.