Il nostro organismo per poter svolgere tutte le normali funzioni fisiologiche ha bisogno di un continuo supporto e interscambio tra cellule dei tessuti ed ambiente esterno. Il trasporto di sostanze all'interno di una cellula avviene con la partecipazione attiva o passive della membrana cellulare.

Nel caso di trasporto attivo, verrà consumata energia per svolgere l'attività di trasporto. Nel caso di trasporto passivo, non sarà necessario l'utilizzo di energia. Infatti, la membrana lascia passare le sostanza rimanendo, per l'appunto, passiva.

In questo articolo potrai approfondire alcuni degli aspetti principali legati al trasporto di sostanze nelle cellule.

Diffusione semplice o passiva

Come accennato, la diffusione semplice o passiva rappresenta un processo che non comporta alcun dispendio energetico per la cellula. Difatti, in questo caso il trasporto di sostanze seguirà le leggi naturali della fisica: molecole disciolte nei gas e nei liquidi tendono a muoversi in maniera casuale e a distribuirsi in maniera uniforme.

Pertanto, le molecole in grado di attraversare la membrana liberamente, possono diffondersi al suo interno in un senso o nell'altro (dall'interno all'esterno o dall'esterno all'interno).

L'effetto finale è costituito dal passaggio di molecole dalle zone a più alta concentrazione a quelle a minor concentrazione (gradiente di concentrazione). Ciò avviene fino al raggiungimento di una concentrazione uniforme in tutto il volume del liquido.

La membrana cellulare lascia diffondere gas come ossigeno e anidride carbonica, ma anche sostanze liposolubili.

Osmosi

Per osmosi si intende il meccanismo di trasporto che implica il movimento di molecole di acqua o altro solvente attraverso una membrana semipermeabile (in questo caso la membrana cellulare), permeabile al solvente (acqua) ma non alle molecole disciolte in esso (come, ad esempio i nutrienti, definiti soluti in questo caso).

Quindi, l'acqua si muoverà nella direzione a maggior concentrazione fino al raggiungimento di un equilibrio, in cui le particelle di soluto interagiranno allo stesso modo con le molecole di solvente e ne impediranno il flusso.

Poiché l'osmosi un meccanismo di diffusione semplice, esso non comporta utilizzo di energia.

Trasporto attivo o mediato

Molte delle sostanze importanti per la cellula non sono permeabili al doppio strato fosfolipidico della membrana cellulare (ad esempio zuccheri e aminoacidi). Allo stesso modo alcuni metaboliti di scarto (sostanze di rifiuto) della cellula non riescono a passare in maniera passiva dall'ambiente interno a quello esterno.

A tal proposito esistono specifiche proteine situate nella membrana stessa, definite "carrier" o trasportatori.

La sostanza che dovrà essere trasportata verrà legata alla proteina carrier ed in seguito ad alcuni cambiamenti strutturali della proteina, sarà possibile trasportare all'interno della cellula la sostanza target.

In breve, la proteina di trasporto "accetta" la sostanza sulla superficie della membrana, la veicola all'interno della cellula per poi liberala e ritornare di nuovo sulla superficie della membrana cellulare per accettare nuove sostanza in arrivo.

Alcune proteine di trasporto sono costituite da specifici canali in grado di permettere a sostanze idrosolubili di attraversare la membrana fosfolipidica, permettendo una diffusione facilitata di queste sostanze. Tuttavia, questi meccanismi sono altamente specifici ed ogni trasportatore è specializzato nel trasporto di specifiche sostanze. Esistono quindi diversi carrier per sostanze diverse. La diffusione facilitata non comporta l'utilizzo di energia.

Viceversa, il trasporto attivo rappresenta un processo di diffusione che comporta il consumo di energia poichè avviene in direzione opposta rispetto a quelle che sono le leggi della fisica (contro gradiente).

Endocitosi ed esocitosi

L'endocitosi rappresenta un processo attraverso il quale materiale specifico viene inglobato dalla membrana, circondando il materiale da introdurre, per poi racchiuderlo in una vescicola che si libera all'interno della cellula, nel citoplasma.

Questo processo richiede un notevole consumo di energia e viene impiegato per il trasporto di materiale di dimensioni elevate dall'esterno all'interno della cellula. Quando il materiale è solido di parla di fagocitosi, quando è liquido, di pinocitosi.

L'esocitosi rappresenta il processo inverso rispetto all'endocitosi, ovvero, le vescicole contenute nel citoplasma si fondono con la membrana per poi liberare all'esterno della cellula le sostanze in esse contenute.

Questo processo si verifica ad esempio nelle cellule del sistema nervoso, in cui specifiche molecole (neurotrasmettitori) vengono liberate all'esterno per esocitosi in risposta all'impulso nervoso.