L'ambiente interno ed esterno di una cellula è caratterizzato da un continuo scambio di sostanze, che dovranno attraversare in una direzione o nell'altra la membrana cellulare.

Quando una sostanza è libera di attraversare liberamente la membrana, si parla di trasporto passivo. Al contrario, se la sostanza chimica dovrà impiegare una quota di energia (ATP) per attraversare la membrana, si parla di trasporto attivo.

Trasporto passivo

Quando tra ambiente interno ed esterno di una cellula si crea una differenza di concentrazione (gradiente), le molecole presenti in concentrazione maggiore in uno dei due ambienti tenderanno a spostarsi spontaneamente nell'ambiente a minor concentrazione. Questo processo, spontaneo, rappresenta il trasporto passivo.

I fenomeni di trasporto passivo vengono classificati in:

• Diffusione semplice.
• Diffusione facilitata.
• Osmosi.

Diffusione semplice

La diffusione semplice consiste nel passaggio libero di piccole molecole e sostanze idrofobe attraverso la membrana, senza l'ausilio di proteine di membrana o carrier. Il gradiente di concentrazione tra i due ambienti determinerà la velocità di spostamento.

Diffusione facilitata

In questo caso (diffusione facilitata), le molecole biologiche possono attraversare liberamente la membrana ma con l'ausilio di proteine di trasporto, in grado di facilitarne il trasporto e di velocizzarne il passaggio.

Osmosi

Nel processo di osmosi, molecole di acqua si diffondono da un'ambiente a concentrazione di soluto minore a quella a concentrazione maggiore.

Può essere considerato un tipo specifico di diffusione facilitata e avviene nei casi in cui il passaggio di un soluto in base al gradiente (ambienti a concentrazioni diverse) è impossibile o impedito.

Trasporto attivo

Come descritto in precedenza, il trasporto attivo consiste nel movimento di molecole contro il loro gradiente di concentrazione, grazie al supporto di proteine di trasporto o carrier e all'utilizzo di energia sotto forma di adenosina trifosfato (ATP).

Proteine di trasporto o carrier

Le proteine di trasporto, nella maggior parte dei casi proteine transmembrana, agiscono come pompe per consentire il passaggio di molecole. Hanno siti di legame complementari a molecole specifiche. Ciò rende le proteine trasportatrici altamente selettive per molecole specifiche.

Le diverse tipologie di trasporto attivo

I tre tipi di trasporto attivo comprendono:

• Uniporto
• Simporto
• Antiporto

Uniporto

L'uniporto è il movimento di un tipo di molecola in una sola direzione. Si noti che l'uniporto può essere descritto nel contesto sia della diffusione facilitata, che è il movimento di una molecola lungo il suo gradiente di concentrazione, sia del trasporto attivo.

Simporto

Il simporto è il movimento di due tipi di molecole nella stessa direzione. Il movimento di una molecola lungo il suo gradiente di concentrazione (di solito uno ione) è accoppiato al movimento dell'altra molecola contro il suo gradiente di concentrazione. Le proteine trasportatrici necessarie sono chiamate simporter.

Antiporto

L'antiporto è il movimento di due tipi di molecole in direzioni opposte. Le proteine trasportatrici necessarie sono chiamate antiporter.

Trasporto attivo nelle piante

L'assorbimento dei minerali nelle piante è un processo che basato proprio sul trasporto attivo. I minerali presenti nel terreno esistono in forma ionica, come gli ioni magnesio, sodio, potassio e nitrato. Questi sono tutti importanti per il metabolismo cellulare delle piante, compresa la crescita e la fotosintesi.

La concentrazione di ioni minerali è più bassa nel terreno rispetto all'interno delle cellule dei peli radicali. A causa di questo gradiente di concentrazione, è necessario un trasporto attivo per pompare i minerali nella cellula del pelo radicale. Le proteine di trasporto, selettive per specifici minerali, mediano il trasporto attivo; si tratta di una forma di uniporto.

È possibile collegare questo processo di assorbimento dei minerali all'assorbimento dell'acqua. Il pompaggio di ioni minerali nel citoplasma della cellula radicale abbassa il potenziale idrico della cellula. In questo modo si crea un gradiente di potenziale idrico tra il terreno e la cellula pilifera, che determina l'osmosi.