Trasporto passivo

Il trasporto passivo è il movimento di sostanze chimiche attraverso una membrana da un’area ad alta concentrazione a un’area a bassa concentrazione senza la necessità di energia cellulare che si può verificare tramite diffusione passiva, dove le sostanze chimiche lipofile si dissolvono nei lipidi della membrana, o tramite diffusione facilitata, dove le proteine ​​di trasporto aiutano il trasferimento delle sostanze chimiche.

Per guidare il movimento delle sostanze attraverso le membrane cellulari il trasporto passivo si basa sulla secondo principio della termodinamica secondo il quale la funzione di stato entropia, correlata al grado di disordine, aumenta in un sistema isolato.

Fondamentalmente, nel trasporto passivo, le sostanze seguono la prima delle leggi di Fick secondo cui il flusso diffusivo è proporzionale al gradiente di concentrazione:
J = -D(dc/dx)
dove il segno negativo indica che il flusso avviene da posizioni a concentrazione maggiore a posizioni a concentrazione minore.

La velocità del trasporto passivo dipende dalla permeabilità della membrana cellulare e i quattro principali tipi di trasporto passivo sono la diffusione semplice, la diffusione facilitata, la filtrazione e o l’osmosi. Le membrane cellulari sono selettivamente permeabili e regolano quali sostanze possono passare, così come quanta di ciascuna sostanza può entrare o uscire. La permeabilità selettiva è essenziale per la capacità delle cellule di ottenere nutrienti, eliminare i rifiuti e mantenere un ambiente interno stabile diverso da quello circostante

Tipi di trasporto passivo

Diffusione

La diffusione è un tipo di trasporto passivo in cui una sostanza tende a spostarsi da un’area ad alta concentrazione a un’area a bassa concentrazione finché la concentrazione della sostanza non diventa uguale in tutto lo spazio.

Questo processo non richiede alcun apporto di energia; infatti, un gradiente di concentrazione è di per sé una forma di energia potenziale immagazzinata, e questa energia viene utilizzata quando le concentrazioni diventano uguali.

Pertanto nel trasposto passivo per diffusione le molecole possono muoversi attraverso il citosol della cellula per diffusione, e alcune molecole diffondono anche attraverso la membrana plasmatica. Ogni singola sostanza in una soluzione ha il suo gradiente di concentrazione, indipendente dai gradienti di concentrazione di altre specie e si diffonderà in base a quel gradiente.

A parità di altri fattori, un gradiente di concentrazione maggiore che implica una maggiore differenza di concentrazione tra regioni) determina una diffusione più rapida. Quindi, in una singola cellula, possono esserci diverse velocità e direzioni di diffusione per diverse molecole. Ad esempio, l’ossigeno può entrare nella cellula per diffusione, mentre allo stesso tempo, l’anidride carbonica potrebbe uscire in base al suo gradiente di concentrazione.

Diffusione facilitata

La diffusione facilitata è un tipo di trasporto passivo che comporta il movimento delle molecole nella direzione determinata dalle loro concentrazioni relative all’interno e all’esterno della cellula con l’aiuto di una molecola di trasporto costituita da una proteina di trasporto alloggiata nel doppio strato della membrana plasmatica. Tale tipo di trasporto passivo è utilizzato da molecole che non sono in grado di attraversare liberamente il doppio strato fosfolipidico.

Il più tipico esempio di processo biologico che comporta la diffusione facilitata è il trasporto di glucosio attraverso le membrane di cellule come eritrociti, muscoli, adipociti. Tramite la diffusione facilitata possono essere trasportati amminoacidi, gas e ioni.

Tale processo è mediato da due tipi distinti di proteine ​​di trasporto ovvero proteine-​​canale e proteine ​​trasportatrici. Le proteine-canale che hanno una velocità di trasporto molto più rapida rispetto alle proteine ​​trasportatrici sono selettive per gli ioni mentre le proteine di trasporto sono, in genere, glicoproteine ​​ che legano un soluto e subiscono un cambiamento conformazionale per traslocare il soluto attraverso la membrana

Altri processi di trasporto passivo

Oltre alla diffusione e alla diffusione facilitata nei processi di trasposto passivo vi è la filtrazione e l’osmosi entrambi implicati nel trasporto di alcune molecole attraverso le membrane biologiche che traggono origine dal gradiente di concentrazione e non comportano spesa di energia.

L’osmosi consiste in una migrazione di molecole di solvente attraverso una membrana semipermeabile in una regione dove vi è una maggiore concentrazione. Le membrane semipermeabili possono essere di origine chimica o biologica come, ad esempio, la membrana cellulare la cui funzione è quella di fungere da barriera selettiva e semipermeabile alla maggior parte delle molecole solubili in acqua.

Essa è costituita da un doppio strato fosfolipidico compreso fra due strati proteici situati a livello delle superfici di separazione tra le fasi interna ed esterna della cellula e funge da barriera di permeabilità regolando gli scambi di elementi e sostanze chimiche. Le membrane semipermeabili nei processi osmotici, consentono il passaggio delle molecole di solvente e bloccano il passaggio delle molecole di soluto.

Un altro tipo di trasporto passivo, la filtrazione, avviene quando la pressione fisica spinge il fluido attraverso una membrana selettivamente permeabile. Nel corpo, ciò avviene quando la pressione sanguigna spinge il fluido attraverso le aperture nelle pareti dei capillari.

Mentre la diffusione e l’osmosi si basano su gradienti di concentrazione, la filtrazione utilizza un gradiente di pressione. Le molecole si sposteranno da un’area di pressione più elevata a un’area di pressione più bassa. La filtrazione non è specifica e ciò significa che non seleziona le molecole, esse passano a causa dei gradienti di pressione e delle loro dimensioni.

Pertanto passano solo le molecole abbastanza piccole da passare attraverso la membrana e la forza che spinge le molecole è definita  pressione idrostatica .

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