Fisiologia generale - movimento attraverso le membrane

MOVIMENTO ATTRAVERSO LE MEMBRANE

DIFFUSIONE

Alcune molecole, come acqua, ossigeno, anidride carbonica e lipidi, si muovono facilmente attraverso le

membrane cellulari. Al contrario, ioni, molecole polari e molecole molto grandi, come le proteine, entrano

nelle cellule con maggiore difficoltà o non entrano affatto. Se una molecola passa in qualche modo

attraverso la membrana, diciamo che la membrana è permeabile alla molecola. Al contrario se la

membrana non permette il passaggio si dice che è impermeabile. La permeabilità della membrana è

variabile e può cambiare modificando i lipidi o le proteine di membrana. Tutte le molecole sono

costantemente in movimento. Le molecole gassose e le molecole in soluzione si muovono continuamente

da un punto ad un altro, rimbalzando contro altre molecole o contro le pareti del contenitore in cui si

trovano. Il movimento, anche spontaneo, di queste molecole viene detto DIFFUSIONE.

Energia libera di soluzione = ΔG = R T ln[Soluto]

La differenza di ΔG tra un punto e un altro si dice gradiente chimico e se si parla di membrana :

ΔG =

ΔG = R T ln – R T ln

questo rapporto è definito dalla legge di Van’t Hoff :

ΔG = R T ln /

La differenza di concentrazione di una sostanza tra due compartimenti viene definito gradiente di

concentrazione. Sappiamo che le molecole diffondono lungo gradiente di concentrazione, dalla

concentrazione più alta verso quella più bassa. La velocità di diffusione dipende dall’ampiezza del gradiente

di concentrazione. Quanto maggiore è la differenza di concentrazione, tanto più rapidamente si verifica la

diffusione. La diffusione procede usando solo l’energia cinetica posseduta da tutte le molecole,

quest’energia che ci permette il trasposto, è definito dalla legge di Van’t Hoff vista prima. Ciò che consente

la diffusione dalla zona più concentrata a quella meno è l’energia libera di gradiente; il tutto avviene

spontaneamente perchè inizialmente c’è accumulata un’energia che si libera per far passare la molecola

nella membrana. La diffusione è più lenta a lunga distanza e per molecole più grandi e quando la

concentrazione delle molecole che diffondono è uguale in tutto il sistema, il sistema ha raggiunto

l’equilibrio, e la diffusione si ferma, sebbene il movimento casuale delle molecole continui.

Si può misurare la diffusione grazie alla legge di Fick, che ci indica il flusso, cioè le moli al secondo.

[mol/s]

Δc è una differenza di concentrazione

Δx è la distanza su cui misuriamo il flusso

F è la superficie

D è il coefficiente di diffusione

DIFFUSIONE FACILITATA

Alcune molecole polari sembrano entrare e uscire dalla cellula per diffusione, nonostante per le loro

proprietà chimiche non siano in grado di passare attraverso lo strato lipidico della membrana cellulare. La

maggior parte di queste molecola polari viaggia tramite diffusione facilitata, mediante proteine carrier. La

diffusione facilitata ha le stesse proprietà della diffusione semplice: le molecole si muovono lungo

gradiente di concentrazione, il processo non richiede energia e la diffusione si ferma quando il sistema

raggiunge l’equilibrio. Glucosio e amminoacidi entrano ed escono dalla cellula tramite questo tipo di

trasporto. Se il glucosio avesse sistemi di diffusione semplice, la sua diffusione sarebbe lenta e

l’assimilazione del glucosio a livello intestinale sarebbe veramente lentissima. Quando le proteine sono

tutte impegnate, sature, l’aumento di concentrazione della molecola che diffonde non incrementa

ulteriormente il tasso di diffusione, che rimane costante.

OSMOSI

E’ un particolare tipo di diffusione ed è necessaria una membrana semipermeabile(permeabile al solvente

ma non al soluto, se passasse anche il soluto non avrei osmosi). L’osmosi è simile alla diffusione in quanto

l’acqua si muove da un’area con una concentrazione più alta di acqua ad un’area con una concentrazione

più bassa di acqua. Questa definizione spesso crea confusione, perché l’acqua è il solvente e molti usano la

parola concentrazione solo contro i soluti. Quindi parlando della concentrazione dei soluti, l’osmosi agisce

creando un flusso d’acqua da una zona a minor concentrazione a una zona a maggior concentrazione.

La pressione osmotica si verifica quando c’è una membrana semipermeabile ed integra e nei 2

compartimenti devo avere una soluzione acquosa con soluti a diversa concentrazione. La pressione

osmotica corrisponde alla pressione idrostatica che occorre esercitare per impedire il flusso di solvente da

una soluzione all’altra. La pressione osmotica, come tutte le altre pressioni in fisiologia, è misurata in

atmosfere o mm di mercurio. L’equazione che lega la pressione osmotica di una soluzione alla sua

concentrazione ha la forma dell’equazione del gas ideale (PV=n R T ).

Tuttavia, ricordando che n/V equivale alla molarità M di una soluzione, ottengo:

∏ = M R T

il ∏ è una lettera usata per indicare la pressione osmotica.

La pressione osmotica è una proprietà colligativa, ossia dipendente non dal tipo di molecole in soluzione,

ma dal loro numero.

Le molecole in soluzione che partecipano alla creazione della pressione osmotica e che non attraversano la

membrana sono dette OSMOLITI. Nella formula precedente la concentrazione degli osmoliti è indicata con

M. Quindi da questo posso introdurre il termine di osmolarità che misura il grado di concentrazione degli

osmoliti e quindi la pressione osmotica.

La tonicità esprime la reale pressione osmotica esercitata da una soluzione sulla membrana, cioè quella

degli osmoliti effettivi che non attraversano la membrana. La tonicità è sempre un termine comparativo ma

dipende dalla natura delle particelle e non solo dalla loro concentrazione.

Soluzione isotonica: ha la stessa pressione osmotica della cellula

Soluzione ipertonica: ha pressione osmotica maggiore della cellula

Soluzione ipotonica: ha pressione osmotica minore della cellula

Prendendo come esempio i globuli rossi e inserendoli in ogni tipo delle 3 soluzioni viste, ottengo che nella