Trasporto attraverso le membrane

Trasporto attraverso le membrane

Introduzione

La membrana plasmatica media la comunicazione tra l’ambiente citosolico e l’ambiente extracellulare. La cellula scambia con l’ambiente sostanze nutritive (zuccheri e amminoacidi) e regola la concentrazione intracellulare di ioni come H⁺, Na⁺, K⁺, Ca²⁺.

Una caratteristica fondamentale di ogni cellula è la capacità di accumulare sostanze a concentrazioni molto diverse dall’ambiente circostante. La membrana plasmatica si definisce semipermeabile, poiché l’acqua si muove attraverso di essa molto più velocemente di ioni e piccoli soluti organici polari.

Permeabilità selettiva della membrana

La membrana lascia permeare per diffusione semplice molecole apolari (ormoni steroidei) e piccole molecole polari (es: H₂O, e gas respiratori), mentre impedisce l’ingresso a grosse molecole polari e ioni. Le condizioni necessarie affinché una sostanza possa attraversare una membrana per diffusione semplice sono: la sostanza deve essere presente a concentrazione più elevata su un lato della membrana rispetto all’altro, e la membrana deve essere permeabile a quella particolare sostanza.

(Diffusione = processo spontaneo nel quale una sostanza si muove da una regione ad elevata concentrazione ad una a bassa concentrazione, annullando alla fine la differenza di concentrazione tra le due regioni).

Osmosi

Osmosi è la proprietà dell’acqua di passare attraverso una membrana semipermeabile, da una regione a minor concentrazione di soluto ad una a maggiore concentrazione, fino a raggiungere l’equilibrio delle concentrazioni nei due compartimenti.

La soluzione all’interno di un compartimento può essere:

• Ipertonica: quando la soluzione all’interno di un compartimento ha una concentrazione di soluto maggiore rispetto a quella di un altro compartimento. Dunque una cellula posta in questa soluzione perde acqua per osmosi e si restringe.
• Ipotonica: quando la soluzione all’interno di un compartimento ha una concentrazione di soluto minore rispetto a quella di un altro compartimento. Dunque una cellula posta in questa soluzione assorbe acqua per osmosi e si gonfia.
• Isotonica: quando la soluzione all’interno di un compartimento ha la stessa concentrazione di soluto della soluzione all’interno di un altro compartimento. Dunque non si verifica alcun movimento di acqua tra l’interno e l’esterno delle cellule.

Acquaporine

Molte cellule sono permeabili all’H₂O, ma non sempre questo fenomeno può essere spiegato come una semplice diffusione. Nel 1990 Agree e collaboratori scoprirono una proteina sulla membrana degli eritrociti, che pensavano potesse essere il canale per l’acqua. Attraverso un esperimento verificarono la loro ipotesi: ingegnerizzarono oociti di rana in modo che incorporassero nella loro membrana plasmatica la proteina appena scoperta e posero gli oociti in una soluzione ipotonica. Gli oociti si gonfiarono fino a scoppiare: avevano scoperto le acquaporine (1991 Peter Agree, vinse il Premio Nobel per la Chimica nel 2003).

Le acquaporine sono proteine integrali di membrana che lasciano passare miliardi di molecole di H₂O in file singole in un secondo. Nei vertebrati sono state identificate 11 acquaporine (nell’uomo AQP0-AQP10). Ogni acquaporina è costituita da 4 subunità: ogni subunità contiene un canale centrale attraverso il quale passa l’acqua, mentre il foro centrale compreso tra le 4 subunità non permette il passaggio.