5.8: Trasporto facilitato

Le proprietà chimiche e fisiche delle membrane plasmatiche le fanno sì che siano permeabili in modo selettivo. Poiché le membrane plasmatiche hanno regioni idrofobiche e idrofile, le sostanze devono essere in grado di attrasversare entrambe le regioni. L'area idrofobica delle membrane respinge sostanze cariche come gli ioni . Pertanto, tali sostanze hanno bisogno di proteine speciali della membrana per attraversare con successo una membrana. Nel processo di trasporto facilitato, noto anche come diffusione facilitata, molecole e ioni viaggiano attraverso una membrana attraverso due tipi di proteine di trasporto della membrana: canali e proteine portanti. Queste proteine di trasporto di membrana consentono la diffusione senza richiedere ulteriore energia.

Proteine "carrier" (canale)

Le proteine canale formano un poro idrofilo attraverso il quale possono passare molecole cariche, evitando così lo strato idrofobico della membrana. Le proteine canale sono specifiche per una determinata sostanza. Ad esempio, le acquaporine sono proteine canale che facilitano specificamente il trasporto dell'acqua attraverso la membrana plasmatica.

Le proteine canale sono sempre aperte o recintate da qualche meccanismo per controllare il flusso. I canali sbarrati rimangono chiusi fino a quando un particolare ione o sostanza si lega al canale, o si verifica qualche altro meccanismo. I canali "gated" (a porta) si trovano nelle membrane delle cellule come le cellule muscolari e le cellule nervose. Le contrazioni muscolari si verificano quando le concentrazioni relative di ioni sui lati interni ed esterni di una membrana cambiano a causa della chiusura controllata o dell'apertura deille porte del canale. Senza una barriera regolamentata, la contrazione muscolare non si verificherebbe in modo efficiente.

Proteine trasportatrici

Le proteine trasportatrici si legano a una sostanza specifica causando un cambiamento conformazionale nella proteina. Il cambiamento conformazionale consente di movimentare il gradiente di concentrazione della sostanza. Per questo motivo, il tasso di trasporto non dipende dal gradiente di concentrazione, ma piuttosto dal numero di proteine trasportatrici disponibili. Anche se è noto che le proteine cambiano forma quando i loro legami di idrogeno sono destabilizzati, il meccanismo completo con cui le proteine portanti cambiano la loro conformazione non è ben compreso.

Tassi di diffusione

Anche se più coinvolti della semplice diffusione, il trasporto facilitato consente la diffusione a velocità incredibili. Le proteine del canale muovono decine di milioni di molecole al secondo, e le proteine portanti muovono da mille a un milione di molecole al secondo.

- A volte, sostanze come gli ioni caricati sono respinti

dallo strato idrofobico della membrana,

arrestandone la diffusione.

Nel processo di trasporto facilitato o di diffusione

facilitata, le molecole possono viaggiare attraverso

la membrana con delle proteine canali e trasportatrici,

che consentono la diffusione senza consumare altra energia.

Il primo tipo di proteina canale forma un poro idrofilo

attraverso il quale possono passare le molecole caricate,

evitando lo strato idrofobico della membrana.

Questi canali possono essere sempre aperti o controllati

da un meccanismo che ne regola il flusso.

La seconda categoria, le proteine trasportatrici,

si lega a una specifica sostanza, causando un cambiamento

conformazionale al canale, permettendo il movimento

nel gradiente. Per questo motivo, il tasso di trasporto

non dipende dal gradiente di concentrazione ma piuttosto

dal numero di proteine trasportatrici disponibili.

Anche se è maggiormente coinvolto della diffusione semplice,

il trasporto facilitato permette alla diffusione

di avvenire a tassi elevati, dato che le proteine canale

possono trasportare decine di milioni di molecole al secondo

e le proteine trasportatrici trasportano da migliaia

a milioni di molecole al secondo.