Biologia | Trasporto di membrana

Le membrane biologiche si lasciano attraversare da alcune sostanze, ma non da altre: questa permeabilità selettiva delle membrane è detta anche semipermeabilità. Le sostanze attraversano le membrane in due modi: i meccanismi di trasporto passivo (diffusione semplice e diffusione facilitata) e i meccanismi di trasporto attivo.

La diffusione semplice è il passaggio di piccole molecole attraverso il doppio strato fosfolipido della membrana e avviene secondo gradiente di concentrazione, cioè dalla zona più concentrata a quella meno concentrata, senza consumo di energia. Attraversano la membrana per diffusione: i gas (ossigeno e diossido di carbonio), l’acqua, le sostanze lipidiche, le sostanze apolari.

La diffusione dell’acqua attraverso le membrane è un particolare meccanismo noto come osmosi. Per comprendere l’osmosi dobbiamo ricordare due cose:
1. Ai due lati della membrana l’acqua è sempre mescolata con diversi soluti, cioè con ioni e molecole: la concentrazione dei soluti è inversamente proporzionale alla concentrazione dell’acqua;
2. Al contrario dell’acqua, la maggior parte dei soluti non diffonde liberamente attraverso la membrana.

NOTA BENE: Quando due soluzioni a concentrazione diversa sono separate da una membrana permeabile all’acqua ma non ai soluti, le molecole d’acqua diffondono attraverso la membrana verso la soluzione dove la concentrazione di soluto è più alta (gradiente di concentrazione).

In una soluzione ipertonica (maggiore concentrazione di soluti rispetto alla cellula) si ha fuoriuscita di acqua dalla cellula. Le cellule animali si raggrinzinscono. Nelle cellule vegetali la membrana plasmatica si stacca dalla parete cellulare (plasmolisi).

In una soluzione isotonica (concentrazione uguale a quella dell’ambiente intracellulare) le cellule animali e vegetali conservano una forma caratteristica e stabile.

In una soluzione ipotonica (minore concentrazione di soluti rispetto alla cellula) l’acqua penetra nella cellula. Le cellule animali (per esempio, globuli rossi) si gonfiano e scoppiano; le cellule vegetali diventano turgide ma mantengono la loro forma grazie alla parete cellulare.

La diffusione facilitata è tipica delle sostanze polari, come gli zuccheri e gli amminoacidi, o cariche, come gli ioni, che non attraversano facilmente le membrane. Essa può svolgersi in due modi:
• alcuni tipi di molecole, per esempio gli ioni, attraversano la membrana grazie a canali formati da proteine intrinseche di membrana;
• le molecole polari si legano a una proteina di trasporto che ne accelera la diffusione.

In entrambi i casi si tratta di un trasporto passivo, cioè senza consumo di energia e secondo gradiente di concentrazione.

In alcuni casi, è necessario che uno ione o una molecola attraversino una membrana passando da una zona a concentrazione minore a una a concentrazione maggiore: il trasporto attivo avviene proprio contro il gradiente di concentrazione, cioè dalla zona meno concentrata a quella più concentrata. Per questo, il trasporto attivo comporta un consumo di energia, per mezzo di una pompa proteica: le proteine che realizzano il trasporto attivo pompano un soluto specifico attraverso una membrana nella direzione contraria a quella della diffusione, consumando ATP. Le modalità di trasporto attivo attraverso una membrana sono tre: uniporto, simporto e antiporto.

• Tramite l’uniporto viene spostata una sola sostanza in una sola direzione (per esempio, la pompa per il calcio nel reticolo endoplasmatico).
• Tramite il simporto vengono spostate due sostanze diverse nella stessa direzione (per esempio, l’assorbimento degli amminoacidi e degli ioni Na+ e del glucosio con Na+).
• Tramite l’antiporto vengono spostate due sostanze diverse in due direzioni opposte (per esempio, la pompa sodio-potassio).