Trasporto di Sostanze

Definendo la cellula abbiamo detto che per rimanere in vita è necessario che abbia

scambi con l'esterno.

La funzione di scambio di sostanze è esercitata principalmente dalla membrana plasmatica (vedi qui). La membrana non consente solo il transito di sostanze verso l'esterno o verso l'interno ma impedisce anche l'ingesso di sostanze dannose all'interno della cellula. Inoltre, la membrana ha un ruolo nella comunicazione intracellulare.

A seconda del tipo di meccanismo con il quale una sostanza entra o esce dalla cellula parliamo di trasporti attivi o trasporti passivi.

Il trasporto Passivo non implica il consumo di Energia.

Sono trasporti passivi:

• La diffusione Semplice
• La diffusione Facilitata
• L'Osmosi

La Diffusione semplice consiste nel passaggio di piccole molecole liposolubili attraverso il doppio strato fosfolipidico. Il movimento avviene secondo gradiente, ovvero secondo concentrazione. Una molecola si sposta da una zona dove è più concentrata verso una dove è meno concentrata. La diffusione delle sostanze procede fino a quando non si raggiunge una concentrazione uguale da entrambi i lati della membrana.

La Diffusione Facilitata avviene invece per le molecole di medie dimensioni, oppure per le molecole aventi carica elettrica. Questo tipo di trasporto sfrutta le proteine transmembrana, che posso essere di due tipi. Le proteine Canale si aprono senza bisogno di un riconoscimento della molecola, creando un canale diretto di passaggio. Le proteine Trasportatrici invece necessitano prima di un riconoscimento chimico-spaziale. Avvenuto il riconoscimento la proteina cambia la sua struttura spaziale. aprendosi.  In questo modo anch'essa crea un canale diretto e permette il passaggio delle molecole.

Anche la diffusione facilitata avviene secondo gradiente di concentrazione, per questa ragione non richiede dispendio di energia.

L'Osmosi è la diffusione semplice di acqua, secondo gradiente di concentrazione.

Le molecole di acqua si muovono in modo spontaneo, attraversando la membrana semipermeabile, per spostarsi nell'ambiente dove la loro concentrazione è minore.

Quando i due liquidi intra ed extra cellulari ottengono la stessa concentrazione di acqua e di soluti si dice che i due ambienti sono isotonici.

Quando la concentrazione di acqua è maggiore all'esterno della cellula (cioè quando la cellula contiene più soluti), l'ambiente esterno viene definito ipotonico. In questa situazione l'acqua tende a spostarsi verso l'interno della cellula, gonfiandola.

Se, al contrario, l'ambiente esterno è ricco di soluti rispetto alla cellula (che quindi ha una più alta concentrazione di acqua), l'ambiente viene definito isotonico. In questo caso l'acqua tenderà ad uscire dalla cellula, disidratandola.

Se le concentrazioni di acqua e soluti vengono alterate in modo drastico la cellula potrebbe essere danneggiata.

Il trasporto Attivo ha un consumo di Energia. 

La cellula ha bisogno che alcuni soluti siano presenti in concentrazioni maggiori al loro intero o al loro esterno (ne è un esempio la pompa sodio-potassio).

Per questa ragione le molecole non posso spostarsi unicamente sfruttando i trasporti passivi. 

Per far si che le molecole siano in grado di spostarsi contro gradiente (ovvero verso dove sono più concentrare) la cellula ha bisogno di energia. Solitamente questa energia viene fornita dall'ATP.

Sono trasporti attivi:

• La Pompa ionica (Uniporto, Simporto, Antiporto)
• L'Endocitosi (Pinocitosi e Fagocitosi)
• L'Esocitosi

La Pompa Ionica avviene sfruttando le proteine transmembrana (chiamate anche carrier). Sono necessari due siti attivi sulla proteina. Il primo serve per il riconoscimento della molecola che deve attraversare la membrana, mentre sul secondo si legherà la molecola di ATP necessaria per il trasporto.

Avvenuto il legame su entrambi i siti attivi la proteina canale si aprirà, permettendo alla molecola di passare. 

La pompa ionica può essere di tre tipologia. Si parla si Uniporto quando si ha il passaggio di un solo tipo di molecola verso una direzione. Si parla di Simporto quando si ha invece il passaggio di due molecole diverse, che però attraversano la membrana nella stessa direzione. L'Antiporto infine consiste nel passaggio di due molecole diverse in direzioni opposte.

Tutti i tipi di trasporto visti fino ad ora sono trasporti che coinvolgono molecole relativamente piccole. Pensiamo ad esempio ad una cellula del sistema immunitario che deve ingerire un virus o un intero batterio: con i metodi precedenti sarebbe impossibile.

Come fa allora una cellula di quel tipo a inglobare una molecola o addirittura un'altra cellula di così grandi dimensioni?

I meccanismi che vengono utilizzati in questi casi non coinvolgono solo la membrana plasmatica, bensì tutta la cellula. Questi meccanismi sono l'Endocitosi e l'Esocitosi.

L'Esocitosi è il trasporto, o meglio l'espulsione, di grandi molecole al di fuori della cellula (infatti "eso" significa "fuori"). 

Si viene a creare una vescicola di trasporto attorno alle molecole da espellere.

Questa vescicola migra poi verso la membrana plasmatica e si fonde con essa.

A questo punto la membrana si apre nel punto di fusione e il contenuto della vescicola viene riversato nel liquido extracellulare.

L'Endocitosi è il processo inverso all'Esocitosi, ovvero il trasporto all'interno della cellula ("endo" significa "dentro").

Questo processo avviene grazie ad una introflessioni della membrana plasmatica, che avvolge le molecole da inglobare. 

I lembi dell'introflessione si congiungono, racchiudendo in una "tasca" le molecole.

A questo punto la membrana plasmatica si fonde e si viene a creare una vescicola che viene trasportata nel citoplasma.

La vescicola si fonderà poi con un lisosoma, organello digestivo, che scomporrà le particelle inglobate.

Quando il processo di Endocitosi avviene per sostanze solide prende il nome di Fagocitosi. Se invece la sostanza da introdurre è liquida il processo prende il nome di Pinocitosi. In questo ultimo caso non si formerà una sola vescicola ma tante vescicole di piccolissime dimensioni.