Fisiologia I - diffusione semplice e facilitata

Fisiologia: lezione del 26/03/2012, prof. Triggiani

Osmosi e pressione elettrostatica

Avendo parlato in precedenza dell'osmosi, occorre precisare che anche in questo tipo di trasporto di sostanze all'interno della cellula, si può parlare di pressione elettrostatica, in quanto possono essere trasportati anche ioni, quindi delle particelle cariche.

Tipi di trasporto passivo

• Diffusione semplice: Sfrutta il principio del gradiente di concentrazione e le particelle che adoperano questa modalità di trasporto attraversano spontaneamente il doppio strato lipidico della membrana cellulare.
• Diffusione facilitata (con proteine vettrici -dette anche trasportatrici- e canale): Fa sì che si trasportino particelle nello spazio, ma con l'ausilio di un mezzo che permetta questo trasporto di sostanze. Occorre però distinguere una proteina vettrice da una canale:

Proteine canale

Le proteine canale sono dei canali (o pori) idrofili che si formano all'interno delle proteine integrali di membrana o all'interno di un gruppo di proteine. Sono canali molto selettivi che possono cambiare la loro conformazione e la maggior parte di essi permette il passaggio di un solo e particolare tipo di ione o sostanza. Questi canali possono essere sempre aperti o chiusi e vengono detti "a cancello". La modalità per cui si aprono o chiudono permette la classificazione in:

• Canali voltaggio dipendenti: La cui conformazione dipende dalle differenze di cariche ioniche sui due versanti di membrana.
• Canali ligando dipendenti: La cui conformazione dipende dal legame del canale con alcune sostanze che possono legarsi alla superficie esterna od interna del canale stesso.
• Canali meccanico dipendenti: Che cambiano conformazione a seconda delle forze meccaniche applicate alla membrana.

Proteine vettrici

Le proteine vettrici, dette anche trasportatori, a differenza delle proteine canale, non sono integrali, bensì si trovano su uno dei due lati della membrana. L'elemento che deve essere trasportato si lega al trasportatore che provoca un cambiamento conformazionale della proteina, esponendo la particella all'altro versante di membrana verso cui andrà. La diffusione facilitata per mezzo di proteine vettrici presenta un limite entro cui si va in saturazione, come nel caso del trasporto di glucosio nelle cellule ematiche.

Trasporto attivo

Questi tipi di trasporto avvengono sempre secondo gradiente e senza l'ausilio di energia esterna fornita dall'organismo, a differenza del trasporto attivo, che è contro gradiente di concentrazione e che dunque provoca un dispendio di energia. Il trasporto attivo si accoppia con l'idrolisi di ATP, ma non è l'unico elemento che può essere idrolizzato.

Pompa sodio-potassio

Le fasi del più famoso esempio di trasporto attivo, ossia la pompa sodio-potassio, sono sei e si può iniziare a descriverle da quella che si preferisce:

1. Gli ioni sodio si legano alla proteina all'interno della membrana.
2. L'ATP viene idrolizzata e il gruppo fosfato trasferito alla proteina.
3. Si ha così un cambiamento conformazionale della proteina stessa.
4. Gli ioni sodio sono espulsi all'esterno della cellula mentre gli ioni potassio si legano alla proteina.
5. Il gruppo fosfato viene allontanato.
6. La proteina ritorna al suo stadio originario e gli ioni potassio vanno all'interno della cellula.

Trasporto secondario e cotrasporto

Il trasporto attivo con relativa idrolisi di ATP costituisce un tipo di trasporto primario, tuttavia, esiste anche un trasporto secondario, detto cotrasporto: esso si avvale del trasporto primario per trasportare altre piccole molecole o ioni contro gradiente, permettendo l'equilibrio fisiologico del sistema. Un esempio di trasporto secondario è quello del glucosio nel lume dell'intestino: si sfrutta la Na⁺/K⁺-ATPasi all'interno della membrana plasmatica laterale e basale che pompano gli ioni sodio all'esterno. Dato che questi ioni tendono a diffondere verso il loro naturale gradiente, tale tendenza viene sfruttata dalle cellule epiteliali per attuare il cotrasporto di glucosio dentro la cellula, sempre contro gradiente.

Processi di esocitosi ed endocitosi

Per molecole più grandi, invece, si sfruttano i processi di esocitosi ed endocitosi, due fenomeni analoghi ed opposti che prevedono la secrezione di vescicole che permettono di trasportare le molecole, per mezzo della fusione vescicola-membrana che poi fa riversare il prodotto in esse contenuto all'esterno od all'interno della cellula.

Neuroni e membrana eccitabile

Parliamo ora dei neuroni, che sono un tipico esempio di membrana eccitabile. È formato essenzialmente da tre elementi: il corpo cellulare, dendriti ed assoni. I neuroni sono molto diversi a seconda di dove si trovano e della funzione che esplicano. Abbiamo i neuroni unipolari, bipolari, multipolari e pseudounipolari (sono stati spiegati coi piedi, consiglio di vedere istologia).

Le proteine canale sono assenti nelle zone dendritiche ed assoniche. Si hanno dei canali voltaggio dipendenti sull'assone, mentre quelli ligando dipendenti si trovano sui dendriti e parzialmente sul corpo cellulare. (spiegazione molto esaustiva, non c'è che dire -.-”)

Tecnica del patch clamp

Ora parliamo di una tecnica, chiamata “patch clamp”. Si tratta di una tecnica per monitorare la corrente ionica che passa in un singolo canale e si nota come reagisce la cellula del canale voltaggio-dipendente. Occorre far la distinzione tra clamp-voltage e clamp-current. Il primo è quando varia sia il voltaggio sia la corrente.