Trasporto (biologia)

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Trasporto passivo

Nel trasporto passivo, le molecole passano da una parte all’altra della membrana all'interno di molecole proteiche che attraversano completamente lo spessore della membrana stessa, fungendo da canali (proteine-canale); questo passaggio avviene esclusivamente nella direzione in cui il soluto migrerebbe per diffusione; per tale motivo, questa modalità di trasporto viene anche indicata come “diffusione facilitata”. Poiché avviene secondo gradiente di concentrazione, il trasporto passivo è un fenomeno che ha luogo senza dispendio di energia; permette il passaggio di molecole idrofile, come gli ioni Ca⁺⁺, Na⁺⁺ e K⁺, molecole di zuccheri monosaccaridi e amminoacidi. Nelle cellule si trovano in genere diversi tipi di proteine-canale, dotate di un’elevata specificità per alcuni tipi di sostanze: ad esempio, vi sono canali specifici per il sodio e canali per il potassio.

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Trasporto attivo

Il trasporto attivo consiste nello spostamento di molecole contro gradiente, con consumo di energia fornita da molecole di ATP; viene attuato da specifiche proteine caratterizzate da un sito per la molecola che deve essere trasportata e da un sito per l’ATP. Il funzionamento di questi trasportatori, che prendono il nome di pompe, si basa in genere su un cambiamento della conformazione tridimensionale della molecola (ovvero della struttura terziaria della proteina): l’attacco della molecola al suo sito modifica la conformazione della pompa proteica, il che favorisce l’attacco di una molecola di ATP all’altro sito; l’ATP fornisce l’energia necessaria all’apertura del canale e al rilascio della molecola dall’altra parte della membrana. Un tipico esempio di trasporto attivo è quello effettuato dalle pompe a scambio ionico, come la pompa sodio-potassio ATP-dipendente, che serve a mantenere all'interno della cellula un'elevata concentrazione di potassio (K⁺) e una bassa concentrazione di sodio (Na⁺).

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Cotrasporto e controtrasporto

Esistono fenomeni di trasporto complesso, composti da un trasporto attivo e uno passivo combinati. In particolare, il trasporto passivo di una sostanza, che si sposta seguendo il gradiente di concentrazione, fornisce energia per il trasporto attivo di un’altra sostanza che si muove invece contro il gradiente. Se le due sostanze coinvolte si spostano in direzioni opposte, si parla di controtrasporto; se si muovono nello stesso senso, si parla allora di cotrasporto. Questi fenomeni sono attuati da proteine che attraversano la membrana plasmatica e prendono il nome di carriers, ossia “trasportatori”. Un cotrasporto è quello che permette l’ingresso di ioni sodio (Na⁺) e glucosio a livello delle cellule dell’epitelio intestinale; un controtrasporto è, ad esempio, quello che si verifica nei globuli rossi, nei quali entrano ioni cloro (Cl^-) e fuoriescono ioni bicarbonato (HCO₃^-).

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Esocitosi ed endocitosi

L’esocitosi è una modalità di trasporto che si avvale di vescicole circondate da membrana; le vescicole, contenenti materiali da esportare all'esterno (esocitosi), sono prodotte all'interno della cellula; esse vanno poi a fondersi con la membrana cellulare e riversano il proprio contenuto nell'ambiente extracellulare. In altri casi, il materiale deve essere portato dall'esterno all'interno della cellula (endocitosi), dentro una vescicola che si forma per invaginazione della membrana plasmatica e per successivo distacco della parte invaginata all'interno del citoplasma. I materiali trasportati in questo modo possono essere goccioline di soluzioni o anche particelle solide. Nel caso dell'endocitosi, in particolare, si parla di pinocitosi quando il materiale introdotto nella cellula è liquido, e di fagocitosi quando il materiale è costituito da particelle solide. L'endocitosi è un processo fondamentale, attraverso il quale si nutrono moltissimi organismi unicellulari; negli organismi pluricellulari, alcune cellule capaci di effettuare la fagocitosi in modo particolarmente attivo hanno assunto un ruolo di difesa (macrofagi).

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Trasporti in controcorrente

Gli scambi attraverso le membrane biologiche finora descritti si verificano tra soluzioni sostanzialmente ferme, e determinano condizioni stabili di equilibrio o di disequilibrio. Negli organismi si osservano spesso anche scambi tra soluzioni fluenti che scorrono in direzioni opposte: tale fenomeno è indicato come trasporto in controcorrente, e può avvenire tra condotti tra loro paralleli (come ad esempio nelle branchie dei pesci), oppure in tubuli foggiati a U (come nell’ansa di Henle dei nefroni renali).