Membrane biologiche e trasporto - Schemi riassuntivi di Biochimica

TRASPORTO DI SOLUTI ATTRAVERSO LE MEMBRANE

Le membrane sono semipermeabili, ciò significa che:



- pochi composti non polari sono in grado di dissolversi nel doppio strato

lipidico attraverso la membrana senza bisogno di aiuto



- composti polari o carichi, o gli ioni hanno bisogno di una proteina di

membrana per il movimento transmembrana

In alcuni casi la proteina di membrana facilita il trasporto all’interno della cellula

secondo il gradiente di concentrazione, di cariche elettriche o di entrambi; i soluti

cioè vengono pompati mediante un processo che richiede energia. L’energia può

provenire direttamente dall’ATP o essere fornita sotto forma di un movimento di un

altro soluto spinto dal suo gradiente elettrochimico, che fornisce energia sufficiente

a trasportare un altro soluto contro il gradiente.

Gli ioni possono anche muoversi attraverso la membrana plasmatica mediante

canali ionici formati da proteine, o possono essere trasportati da ionofori, piccole

molecole che mascherano la carica degli ioni e permettono loro di diffondere

attraverso il doppio strato lipidico.

TRASPORTO PASSIVO

1. Quando due compartimenti acquosi contenenti concentrazioni diverse di un

composto solubile o di uno ione sono separati da un divisorio permeabile

diffusione semplice

(membrana), il soluto si muove per dalla regione a

maggior concentrazione a quella a minor concentrazione, finchè i due

compartimenti non raggiungono una concentrazione di soluto uguale.

Quando ioni di carica opposta sono separati da una membrana permeabile, si

forma un gradiente elettrico transmembrana, un potenziale di membrana, V .

m

Questo potenziale di membrana determina una forza che si oppone ai

movimenti ionici che tendono ad aumentare V , e favorisce i movimenti ionici

m

che tendono a ridurre V . Così la direzione verso cui un soluto carico tende a

m

muoversi spontaneamente attraverso la membrana dipende dal gradiente

chimico (differenza di concentrazione del soluto) e dal gradiente elettrico

(V ). Questo comportamento dei soluti è in accordo con la seconda legge

m

della termodinamica secondo cui le molecole tendono ad assumere

spontaneamente la distribuzione con la massima casualità e l’energia più

bassa.

Per passare attraverso un doppio strato lipidico, un soluto polare o carico

deve prima perdere le sue molecole di acqua di idratazione. L’energia spesa

per eliminare le molecole d’acqua di idratazione e per condurre il soluto

polare attraverso il doppio strato lipidico viene riguadagnata quando il

composto lascia la membrana dall’altro lato e viene reidratato.

La tappa intermedia del passaggio transmembrana rappresenta però uno

stato altamente energetico; bisogna superare una barriera di attivazione per

raggiungere la fase intermedia. L’energia di attivazione necessaria per la

traslocazione di un soluto polare attraverso il doppio strato lipidico è così

grande che i doppi strati lipidici sono praticamente impermeabili alle specie

polari e alle specie cariche per tempi molto lunghi.

Le proteine di membrana abbassano l’energia di attivazione necessaria per il

trasporto di composti polari e carichi (ioni), formando una via alternativa di

attraversamento per uno specifico soluto. Le proteine che hanno questa

capacità sono chiamati trasportatori o permeasi e producono il fenomeno

diffusione facilitata.

della

I trasportatori di molecole e ioni legano i loro substrati con alta stereospecificità,

catalizzano il trasporto a velocità inferiori rispetto a quella della diffuzione libera e