Trasporto attivo e passivo

Trasporto passivo

Quando tra ambiente interno ed esterno di una cellula si crea una differenza di concentrazione (gradiente), le molecole presenti in concentrazione maggiore in uno dei due ambienti tenderanno a spostarsi spontaneamente nell'ambiente a minor concentrazione. Questo processo, spontaneo, rappresenta il trasporto passivo.

I fenomeni di trasporto passivo vengono classificati in:

• Diffusione semplice.
• Diffusione facilitata.
• Osmosi.

Diffusione semplice

La diffusione semplice consiste nel passaggio libero di piccole molecole e sostanze idrofobe attraverso la membrana, senza l'ausilio di proteine di membrana o carrier. Il gradiente di concentrazione tra i due ambienti determinerà la velocità di spostamento.

Diffusione facilitata

In questo caso (diffusione facilitata), le molecole biologiche possono attraversare liberamente la membrana ma con l'ausilio di proteine di trasporto, in grado di facilitarne il trasporto e di velocizzarne il passaggio.

Osmosi

Nel processo di osmosi, molecole di acqua si diffondono da un'ambiente a concentrazione di soluto minore a quella a concentrazione maggiore.

Può essere considerato un tipo specifico di diffusione facilitata e avviene nei casi in cui il passaggio di un soluto in base al gradiente (ambienti a concentrazioni diverse) è impossibile o impedito.

Trasporto attivo

Come descritto in precedenza, il trasporto attivo consiste nel movimento di molecole contro il loro gradiente di concentrazione, grazie al supporto di proteine di trasporto o carrier e all'utilizzo di energia sotto forma di adenosina trifosfato (ATP).

Proteine di trasporto o carrier

Le proteine di trasporto, nella maggior parte dei casi proteine transmembrana, agiscono come pompe per consentire il passaggio di molecole. Hanno siti di legame complementari a molecole specifiche. Ciò rende le proteine trasportatrici altamente selettive per molecole specifiche.

Le fasi del trasporto attivo sono descritte di seguito:

1. La molecola target si lega alla proteina di trasporto da un lato della membrana cellulare.
2. L'ATP si lega alla proteina di trasporto e viene idrolizzato per produrre ADP e Pi (gruppo fosfato).
3. Il Pi si attacca alla proteina di trasporto e questo fa cambiare la sua forma conformazionale. La proteina di trasporto è ora aperta verso l'altro lato della membrana.
4. Le molecole passano attraverso la proteina di trasporto fino all'altro lato della membrana.
5. Il Pi si stacca dalla proteina di trasporto, facendo tornare la proteina di trasporto alla sua conformazione originale.
6. Il processo si ripete in maniera ciclica.

Le diverse tipologie di trasporto attivo

I tre tipi di trasporto attivo comprendono:

• Uniporto
• Simporto
• Antiporto

Uniporto

L'uniporto è il movimento di un tipo di molecola in una sola direzione. Si noti che l'uniporto può essere descritto nel contesto sia della diffusione facilitata, che è il movimento di una molecola lungo il suo gradiente di concentrazione, sia del trasporto attivo.

Simporto

Il simporto è il movimento di due tipi di molecole nella stessa direzione. Il movimento di una molecola lungo il suo gradiente di concentrazione (di solito uno ione) è accoppiato al movimento dell'altra molecola contro il suo gradiente di concentrazione. Le proteine trasportatrici necessarie sono chiamate simporter.

Antiporto

L'antiporto è il movimento di due tipi di molecole in direzioni opposte. Le proteine trasportatrici necessarie sono chiamate antiporter.

Trasporto attivo nelle piante

L'assorbimento dei minerali nelle piante è un processo che basato proprio sul trasporto attivo. I minerali presenti nel terreno esistono in forma ionica, come gli ioni magnesio, sodio, potassio e nitrato. Questi sono tutti importanti per il metabolismo cellulare delle piante, compresa la crescita e la fotosintesi.

La concentrazione di ioni minerali è più bassa nel terreno rispetto all'interno delle cellule dei peli radicali. A causa di questo gradiente di concentrazione, è necessario un trasporto attivo per pompare i minerali nella cellula del pelo radicale. Le proteine di trasporto, selettive per specifici minerali, mediano il trasporto attivo; si tratta di una forma di uniporto.

È possibile collegare questo processo di assorbimento dei minerali all'assorbimento dell'acqua. Il pompaggio di ioni minerali nel citoplasma della cellula radicale abbassa il potenziale idrico della cellula. In questo modo si crea un gradiente di potenziale idrico tra il terreno e la cellula pilifera, che determina l'osmosi.

Il trasporto attivo negli animali

Le pompe sodio-potassio ATPasi (Na⁺/K⁺ ATPasi) sono abbondanti nelle cellule nervose e nelle cellule epiteliali dell'ileo. Questa pompa è un esempio di antiporter (proteina antiporto). 3 Na⁺ vengono pompati fuori dalla cellula per ogni 2 K ⁺ pompati dentro la cellula.

Il movimento di ioni generato da questo antiporter crea un gradiente elettrochimico. Questo è estremamente importante per i potenziali d'azione e per il passaggio del glucosio dall'ileo al sangue, come vedremo nella prossima sezione.

Il co-trasporto

Il co-trasporto, detto anche trasporto attivo secondario, è un tipo di trasporto attivo che comporta il movimento di due molecole diverse attraverso una membrana. Il movimento di una molecola lungo il suo gradiente di concentrazione, di solito uno ione, è accoppiato al movimento di un'altra molecola contro il suo gradiente di concentrazione.

Il cotrasportatore utilizza l'energia del gradiente elettrochimico per guidare il passaggio dell'altra molecola. Ciò significa che l'ATP viene utilizzato indirettamente per il trasporto della molecola contro il suo gradiente di concentrazione.

Esempio: glucosio e sodio nell'ileo

L'assorbimento del glucosio avviene tramite cotrasporto a livello delle cellule epiteliali dell'ileo dell'intestino tenue. Si tratta di una forma di simporto, poiché l'assorbimento del glucosio nelle cellule epiteliali dell'ileo comporta il movimento di Na⁺ nella stessa direzione. Questo processo coinvolge anche la diffusione facilitata, ma il cotrasporto è particolarmente importante in quanto la diffusione facilitata è limitata quando si raggiunge l'equilibrio: il cotrasporto assicura l'assorbimento di tutto il glucosio!

Questo processo richiede tre principali proteine di membrana:

• Pompa Na⁺/ K⁺ ATPasi
• Pompa Na⁺ / cotrasportatore del glucosio
• Trasportatore di glucosio

La pompa Na⁺/K⁺ ATPasi si trova nella membrana rivolta verso i capillari, in grado di portare glucosio fino alle cellule epiteliali. Come discusso in precedenza, per ogni 2K⁺ pompati nella cellula, 3Na⁺ vengono pompati fuori dalla cellula. Di conseguenza, si crea un gradiente di concentrazione, poiché l'interno della cellula epiteliale dell'ileo presenta una concentrazione di N^a+ inferiore rispetto al lume dell'ileo.

Il cotrasportatore Na⁺/glucosio è situato nella membrana della cellula epiteliale rivolta verso il lume dell'ileo. Il Na+ si lega al cotrasportatore insieme al glucosio. Come risultato del gradiente di Na⁺, il Na⁺ diffonderà nella cellula lungo il suo gradiente di concentrazione. L'energia prodotta da questo movimento consente il passaggio del glucosio nella cellula contro il suo gradiente di concentrazione.

Il trasportatore del glucosio è situato nella membrana che si affaccia sul capillare. La diffusione facilitata consente al glucosio di spostarsi nel capillare lungo il suo gradiente di concentrazione.