Trasporto attivo

Il trasporto attivo è il movimento di molecole disciolte dentro o fuori una cellula attraverso la membrana cellulare, da una regione di minore concentrazione a una regione di maggiore concentrazione. Pertanto, contrariamente a quanto avviene nel trasporto passivo, le particelle si muovono contro il gradiente di concentrazione utilizzando energia abitualmente sotto forma di ATP ottenuta dal metabolismo cellulare.

Per il trasporto attivo è necessaria la presenza di proteine di ​​trasporto specifiche o pompe per facilitare il movimento ovvero uniporter, note anche come trasportatrici di soluti o trasportatrici facilitate che trasportano uno ione o una molecola specifica.

Vi sono poi le simporter, proteine integrali di membrana coinvolte nel trasporto di due diverse molecole attraverso la membrana cellulare nella stessa direzione che dipendono dal corretto folding delle proteine, dalle modifiche post-traduzionali, dalla polarità cellulare e dall’organizzazione cellulare per la sua funzione.

Il terzo tipo è costituito dagli antiporter, proteine di membrana che trasportano due molecole contemporaneamente nella direzione opposta e svolgono un ruolo importante nel pH e nell’omeostasi dello ione sodio delle cellule in tutto il regno biologico, dai batteri agli esseri umani e alle piante superiori.

Tipi di trasporto attivo: primario e secondario

I meccanismi di trasporto attivo possono essere divisi in due categorie. Il trasporto attivo primario utilizza direttamente una fonte di energia chimica per spostare le molecole attraverso una membrana contro il loro gradiente.

Il trasporto attivo secondario, invece, utilizza un gradiente elettrochimico, generato dal trasporto attivo, come fonte di energia per spostare le molecole contro il loro gradiente e quindi non richiede direttamente una fonte chimica di energia.

Trasporto attivo primario

L’esempio più importante di trasporto attivo primario è il passaggio dello ione Na⁺ fuori dalle cellule e quello dello ione K⁺ all’interno delle cellule operato dalla pompa sodio-potassio detta anche pompa Na⁺/K⁺ ATP-dipendente, è una proteina integrale di membrana che utilizza l’energia fornita dall’idrolisi dell’ATP per spostare gli ioni attraverso la membrana cellulare contro il loro gradiente elettrochimico.

La pompa sodio-potassio utilizza l’energia di una molecola di ATP per scambiare tre ioni sodio intracellulari con due ioni potassio extracellulari pertanto al netto, ad ogni ciclo viene portata all’esterno della cellula una carica positiva. Per questo motivo la pompa sodio-potassio è detta elettrogenica, perché è generatrice di una differenza tra le concentrazioni delle cariche elettriche intracellulari rispetto a quelle esterne. Ciò implica che all’esterno della membrana vi sarà un accumulo di cariche positive, mentre all’interno di cariche negative.

La natura elettrogenica della pompa sodio-potassio implica che essa ha un ruolo nella stabilizzazione del potenziale di membrana a riposo della cellula, nella regolazione del volume cellulare e nella trasduzione del segnale della cellula.

I gradienti elettrochimici creati dal trasporto attivo primario immagazzinano energia, che può essere rilasciata quando gli ioni si spostano secondo i loro gradienti. Il trasporto attivo secondario utilizza l’energia immagazzinata in questi gradienti per spostare altre sostanze contro i loro gradienti.

Trasporto attivo secondario

Il trasporto attivo secondario utilizza l’energia cinetica degli ioni sodio per portare nella cellula altri composti, contro il loro gradiente di concentrazione. Quando le concentrazioni di ioni sodio si accumulano all’esterno della membrana plasmatica a causa del processo di trasporto attivo primario, ciò crea un gradiente elettrochimico.

Se una proteina canale ed è aperta, gli ioni sodio si muoveranno lungo il loro gradiente di concentrazione attraverso la membrana. Questo movimento trasporta altre sostanze che devono essere legate alla stessa proteina di trasporto affinché gli ioni sodio possano muoversi attraverso la membrana.

Tramite il trasporto attivo secondario entrano nella cellula, ad esempio, molti amminoacidi e il glucosio. Questo processo secondario immagazzina anche ioni idrogeno ad alta energia nei mitocondri delle cellule vegetali e animali per produrre ATP. L’energia potenziale che si accumula negli ioni idrogeno immagazzinati si traduce in energia cinetica quando gli ioni attraversano la proteina canale ATP sintasi, e quell’energia converte quindi l’ADP in ATP.

Nel trasporto attivo secondario, le specie trasportate possono muoversi nella stessa direzione come, a esempio, entrambe all’interno della cellula o in direzioni opposte ovvero una dentro e una fuori dalla cellula. Quando si muovono nella stessa direzione, la proteina che le trasporta è chiamata simporter , mentre se si muovono in direzioni opposte, la proteina è chiamata antiporter.