Come avviene lo scambio di membrana attraverso il trasporto semplice e quello attivo?

Ci sono quattro modi primari che regolano la entrata e l’uscita di acqua e di piccoli soluti dalla cellula.

Diffusione: dovuta ai movimenti casuali delle molecole in una soluzione, che però danno per differenza un movimento netto che va dalle zone più concentrate a quelle meno concentrate. Il movimento è proporzionale alla differenza di concentrazione e alla permeabilità della membrana attraversata. Le varie sostanze in diffusione non interferiscono tra di loro, cioè non c’è competizione. Il passaggio dei soluti è possibile solo se sono idrofobi, data la natura della membrana cellulare. Il passaggio di acqua, attraverso una membana semipermeabile, in dipendenza del suo gradiente di concentrazione è chiamato Osmosi. 

Diffusione facilitata: le proteine agiscono come carrier (proteine di trasporto) oppure  i pori permettono il flusso delle sostanze che non riescono a diffondere attraverso la membrana. Il movimento è ancora passivo, come la diffusione, diretto da soluzioni a concentrazioni maggiori verso concentrazioni minori. Quando la concentrazione del soluto è alta, le proteine sono sature e il flusso non aumenta più, quindi diventa indipendente dal gradiente di concentrazione. Esiste inoltre una competizione tra molecole simili verso lo stesso carrier o poro. La massima velocità di trasporto viene chiamata TM,  Transport Maximum.

   

Diffusione facilitata                            Trasporto attivo primario

Trasporto attivo primario: le proteine della membrana possono agire come una pompa. Portano gli ioni e le piccole molecole contro gradiente, per questo hanno bisogno di energia, che normalmente viene fornita loro dall’ATP. Il trasporto raggiunge la saturazione quando la concentrazione degli ioni o delle molecole è alta,  per mancanza di proteine libere.

Vediamo un esempio: pompa al  sodio/potassio  con enzima ATPasi.
Presente in tutte le cellule, pompa 3 ioni Na + all’esterno,  contro 2 ioni  K+ portati all’interno, con consumo di una molecola di ATP.

Un altro esempio  è la pompa al Ca++:

Da: http://www.itisnatta.it/chimica/mol_mese_2004/03_Calcio/Calcio_1_ita.html  
Il sito di legame del calcio si trova all’interno di un tunnel formato da quattro alfa eliche che passano diritte attraverso la membrana. Questa figura, dall’archivio PDB 1eul, permette di vedere lungo le eliche. I due ioni calcio, mostrati come grosse sfere verdi sono trattenuti da un insieme di amminoacidi, mostrati con sfere e bastoncini, che coordinano il calcio da ogni lato. La proteina è molto meno stabile quando questi ioni calcio vengono rimossi.


Trasporto attivo secondario: avviene con proteine simili a quelle che intervengono nella diffusione facilitata. Il trasporto coinvolge contemporaneamente due o più molecole diverse. Anche questo trasporto, oltre un certo valore, non aumenta con l’aumentare della concentrazione, perché dipende dalla disponibilità delle proteine. Una stessa molecola può essere trasportata sia in una direzione sia in quella opposta. Dato che viene trasportato più di un tipo di molecola, può anche essere controgradiente per una delle due molecole trasportate.
Nel trasporto attivo secondario, l’energia necessaria al trasporto di un soluto contro il suo gradiente di concentrazione non è fornita direttamente dall’ATP, ma dall’esistenza di un gradiente elettrochimico del Na+ (o di H+) prodotto dalla rispettiva pompa ionica. Il trasporto attivo secondario è quindi indirettamente accoppiato ad un sistema di trasporto attivo primario, che genera il gradiente elettrochimico. Nel trasporto attivo secondario si ha, quindi, il trasporto accoppiato di due diverse specie di soluti: il Na+ (o H+) è trasportato passivamente dall’ambiente a concentrazione elevata al compartimento a bassa concentrazione, mentre l’altro soluto è trasportato, sempre passivamente, contro il gradiente di concentrazione dal compartimento a bassa concentrazione verso quello ad alta concentrazione

Anche questa immagine, come la maggior parte del testo, è tratta dal sito: http://physioweb.med.uvm.edu/bodyfluids/membrane.htm

Il trasporto si  può anche definire UNIPORTO, se coinvolge una sola molecola,  nel caso della diffusione o COTRASPORTO, come nel caso del trasporto attivo. Il co-trasporto è il nome di un processo in cui due sostanze sono trasportate simultaneamente, attraverso una membrana, da una proteina, o da un complesso proteico. Nel simporto la proteina di trasporto trasporta due molecole nello stesso verso, nell’antiporto la proteina porta le due sostanze in senso opposto. 

Il trasferimento del o dei soluti avviene grazie al cambiamento conformazionale della proteina trasportatrice, che è indotto dal legame dei soluti stessi. 

http://www.esf.edu/efb/course/EFB325/lectures/transpor.htm

L’imagine è tratta da: http://academic.brooklyn.cuny.edu/biology/bio4fv/page/cotrans.htm

Link in italiano: http://www.encyclopedia.it/m/me/membrana_cellulare.html

Qui ci sono, in inglese delle belle animazioni dei vari tipi di trasporto, con una animazione”complessiva” alla fine: http://saints.css.edu/bio/schroeder/transport_proteins.html