Che cos'è il trasporto attivo?
Il trasporto attivo è il pompaggio di soluti attraverso una membrana biologica, contro la loro concentrazione o gradiente elettrochimico. La capacità delle cellule di mantenere piccoli soluti all'interno del citoplasma a concentrazioni superiori a quella del fluido circostante è un fattore essenziale per la sopravvivenza cellulare. Molte cellule animali, ad esempio, mantengono concentrazioni di sodio e potassio significativamente diverse da quelle dell'ambiente circostante. Il trasporto attivo consente alle cellule non solo di mantenere livelli di soluto vitali, ma anche di pompare ioni attraverso un gradiente elettrochimico. Questo processo crea una tensione attraverso la membrana che può essere sfruttata per alimentare il lavoro cellulare.
Per comprendere il trasporto attivo, si deve prima comprendere il trasporto passivo . Secondo la seconda legge della termodinamica, senza ulteriore apporto di energia, le particelle si sposteranno sempre da uno stato di ordine a uno stato di disordine. Nel caso del traffico cellulare, ciò significa che i piccoli soluti si sposteranno naturalmente dalle regioni più ordinate di alta concentrazione alle regioni meno ordinate di bassa concentrazione. Questo è noto come diffusione lungo un gradiente di concentrazione . Il trasporto passivo è il movimento naturale dei soluti attraverso una membrana lungo il gradiente di concentrazione.
Durante il trasporto attivo, la cellula deve lavorare contro la diffusione naturale dei soluti. Per fare questo, proteine di trasporto specializzate sono incorporate nella membrana cellulare. Alimentato dall'adenosina trifosfato (ATP), le proteine di trasporto spostano selettivamente specifici soluti dentro o fuori la cellula. Un modo comune in cui l'ATP alimenta questo lavoro è quello di donare il suo gruppo terminale di fosfato alla proteina di trasporto, innescando un cambiamento di forma nella molecola proteica. Il cambiamento conformazionale fa sì che le proteine spostino i soluti che si sono legati alla sua superficie extracellulare all'interno delle cellule e le rilasciano.
Un esempio di questo tipo di proteina di trasporto attiva è la pompa sodio-potassio . La maggior parte delle cellule animali ha una concentrazione più alta di potassio e una concentrazione più bassa di sodio rispetto a quella che si trova nell'ambiente extracellulare. Poiché gli ioni sodio hanno una carica positiva e gli ioni potassio hanno una carica negativa, questo squilibrio rappresenta non solo un gradiente di concentrazione, ma anche un gradiente elettrochimico. Le pompe di sodio-potassio spostano tre ioni di sodio fuori dalla cellula per ogni due ioni di potassio che portano in essa, determinando una carica negativa netta sulla cellula nel suo insieme. La differenza di cariche su ciascun lato della membrana cellulare crea una tensione - il potenziale della membrana - che consente alla cellula di agire come una batteria e alimentare il lavoro cellulare.
Come accennato, il trasporto più attivo è alimentato dalla molecola ATP. A volte, tuttavia, un soluto può spostarsi in una cellula sfruttando la diffusione di altre sostanze. Mentre le sostanze diffondenti si muovono nella cellula lungo un gradiente precedentemente creato dal trasporto attivo, altri soluti sono in grado di legarsi a loro e attraversare la membrana contemporaneamente. Conosciuta come trasporto secondario o co-trasporto , questa è la forma del traffico di membrana che è responsabile dello spostamento del saccarosio nelle cellule vegetali, nonché dello spostamento di calcio e glucosio nelle cellule animali.