Cos'è un gradiente elettrochimico?

La membrana cellulare funziona come una barriera, tenendo molecole e ioni intrappolati dentro una cellula, mantenendo gli altri fuori. Una caratteristica di questa divisione delle risorse dentro e all’esterno della cellula è il mantenimento di un gradiente elettrochimico. Gli ioni che sono critici per la funzione cellulare, tra cui sodio e potassio, non sono in grado di disinnescare attraverso la membrana, basandosi invece sul movimento di canali e trasportatori. In condizioni normali, c’è generalmente più sodio all’esterno di una cellula che all’interno. Questo crea un gradiente chimico o di concentrazione, in cui il sodio scorre attraverso la membrana cellulare dall’esterno verso l’interno se gli viene dato un percorso. Viceversa, c’è una minore concentrazione di potassio all’esterno della cellula e più potassio all’interno, quindi il suo gradiente chimico è in opposizione al gradiente del sodio. Tuttavia, la concentrazione di ioni non è l’unico fattore che crea un gradiente attraverso la membrana cellulare. La separazione di ioni e molecole con cariche positive e negative significa anche che è presente un gradiente elettrico. La prevalenza di ioni sodio caricati positivamente fuori della cellula e l’abbondanza di proteine caricate dentro negativamente sono due fattori principali che contribuiscono alla differenza complessiva di carica attraverso la membrana. Il trasporto attivo utilizza l’energia per mantenere il gradiente elettrochimico attraverso la membrana cellulare, con proteine di membrana specializzate che muovono gli ioni contro i loro gradienti elettrochimici. In condizioni specifiche, ma, gli ioni possono muoversi con i loro gradienti, generando energia per processi come il trasporto del glucosio e fornendo un mezzo per cellule specializzate, come muscolo cardiaco e neuroni, per generare impulsi elettrici.