MEMBRANE SEMIPERMEABILI: CARATTERISTICHE, TRASPORTO, FUNZIONI - BIOLOGIA - 2025

Le membrane semipermeabili , dette anche "selettivamente permeabili" sono membrane che permettono il passaggio di alcune sostanze, ma ne impediscono il passaggio di altre attraverso di esse. Queste membrane possono essere naturali o sintetiche.

Le membrane naturali sono le membrane di tutte le cellule viventi, mentre le membrane sintetiche, che possono essere di origine naturale (cellulosa) o meno, sono quelle che vengono sintetizzate per usi diversi.

Rappresentazione schematica di una membrana semipermeabile (Fonte: Adam Rędzikowski tramite Wikimedia Commons)

Un esempio dell'utilità delle membrane semipermeabili artificiali o sintetiche sono quelle utilizzate per le macchine per dialisi renale, o quelle utilizzate per filtrare miscele nell'industria o in diversi processi chimici.

Il passaggio di sostanze attraverso una membrana semipermeabile avviene mediante vari meccanismi. Nelle membrane cellulari e nelle membrane sintetiche ciò può avvenire per diffusione attraverso pori di diverso diametro, che "selezionano" per dimensione le sostanze che attraversano la membrana. Può anche accadere che sostanze entrino per diffusione dissolvendosi nella membrana.

Nelle cellule viventi il ​​passaggio di sostanze attraverso le membrane può avvenire per mezzo di trasportatori che agiscono a favore o contro i gradienti di concentrazione delle sostanze. Un gradiente, in questo caso, è la differenza di concentrazione per una sostanza su entrambi i lati di una membrana.

Tutte le cellule sulla terra hanno membrane, queste proteggono e separano i loro componenti interni dall'ambiente esterno. Senza membrane non ci sono cellule e senza cellule non c'è vita.

Poiché queste membrane sono l'esempio più comune di membrane semipermeabili, in seguito verrà posta particolare enfasi su queste.

caratteristiche

I primi studi per chiarire i componenti delle membrane biologiche sono stati condotti utilizzando globuli rossi. In questi studi è stata dimostrata la presenza di un doppio strato che forma le membrane e poi si è scoperto che i componenti di questi strati erano lipidi e proteine.

Tutte le membrane biologiche sono costituite da una doppia matrice lipidica che ha diversi tipi di proteine ​​“incorporate”.

La matrice lipidica delle membrane cellulari è costituita da acidi grassi saturi e insaturi; questi ultimi conferiscono alla membrana una certa fluidità.

I lipidi sono disposti in modo tale da formare un doppio strato in cui ogni lipide, che ha una testa idrofila (che ha un'affinità per l'acqua) e una o due code idrofobiche (fobia dell'acqua, respinge l'acqua), ha code di idrocarburi. uno di fronte all'altro al centro della struttura.

I fosfolipidi sono i lipidi più abbondanti che compongono le membrane biologiche. Questi includono fosfatidilcolina, fosfatidilinositolo, fosfatidiletanolamina e fosfatidilserina.

Esempio di membrana biologica semipermeabile (Fonte: LadyofHats tramite Wikimedia Commons)

Tra i lipidi di membrana ci sono anche colesterolo e glicolipidi, tutti con proprietà anfipatiche.

Le proteine ​​delle membrane semipermeabili sono di diversi tipi (alcune di queste possono avere attività enzimatica):

(1) quelli che formano canali ionici o pori

(2) proteine ​​trasportatrici

(3) proteine ​​che legano una regione cellulare all'altra e consentono la formazione dei tessuti

(4) proteine ​​del recettore che si legano alle cascate intracellulari e

Trasporto

In una membrana biologica semipermeabile, il trasporto può avvenire per semplice diffusione, diffusione facilitata, cotrasporto, trasporto attivo e trasporto attivo secondario.

Trasporto per diffusione semplice

In questo tipo di trasporto, l'energia che muove le sostanze attraverso la membrana è la differenza di concentrazione che esiste per quelle sostanze su entrambi i lati della membrana.

Quindi, le sostanze passano in un senso più → meno, cioè dal luogo in cui sono più concentrate a quello in cui sono meno concentrate.

La diffusione può verificarsi perché la sostanza è diluita nella membrana o passa attraverso i pori o i canali. I pori o canali sono di due tipi: quelli che sono sempre aperti e quelli che si aprono e si chiudono, cioè sono temporaneamente aperti.

I pori transitoriamente aperti a loro volta possono essere (1) dipendenti dalla tensione, cioè si aprono in risposta a una certa tensione e (2) dipendenti dal ligando, che deve legarsi a una sostanza chimica specifica per aprirsi.

Trasporto per diffusione facilitata

In questo caso, un trasportatore sposta la sostanza da trasportare da un lato all'altro della membrana. Questi trasportatori sono proteine ​​di membrana che possono essere permanentemente sulla membrana o in vescicole che si fondono con essa quando necessario.

Questi trasportatori lavorano anche a favore dei gradienti di concentrazione delle sostanze che trasportano.

Questi tipi di trasporto non richiedono consumi energetici e sono quindi chiamati trasporti passivi, poiché avvengono a favore di un gradiente di concentrazione.

Co-trasporto

Un altro tipo di trasporto passivo attraverso membrane semipermeabili è denominato cotrasporto. In questo caso, il gradiente di concentrazione di una sostanza viene utilizzato per il trasporto concomitante di un'altra contro il suo gradiente.

Questo tipo di trasporto può essere in due forme: symport, dove le due sostanze vengono trasportate nella stessa direzione, e antisport, in cui una sostanza viene trasportata in una direzione e l'altra nella direzione opposta.

Trasporto attivo della membrana

Questi richiedono energia e quelli che sono noti usano l'ATP, motivo per cui sono chiamati ATPasi. Questi trasportatori ad attività enzimatica idrolizzano l'ATP per ottenere l'energia necessaria al movimento delle sostanze contro il loro gradiente di concentrazione.

Sono noti tre tipi di ATPasi:

Le pompe Na + / K + e le pompe del calcio (ATPasi di calcio). Questi hanno una struttura formata da una subunità α e una ß incorporate nella membrana.

ATPasi V e ATPasi F, che hanno una caratteristica forma dello stelo composta da diverse subunità e una testa che ruota attorno alle subunità dello stelo.

Le ATPasi V servono a pompare ioni idrogeno contro un gradiente di concentrazione, ad esempio nello stomaco e nei lisosomi. In alcune vescicole, come quelle dopaminergiche, ci sono bombe all'idrogeno di questo tipo che pompano H + nelle vescicole.

Le ATPasi F sfruttano il gradiente H + in modo che viaggino attraverso la sua struttura e prendono ADP e P e formano ATP, cioè invece di idrolizzare ATP, lo sintetizzano. Questi si trovano nelle membrane dei mitocondri.

Trasporto attivo secondario

È quel trasporto che, sfruttando il gradiente elettrochimico generato da un'ATPasi, trascina un'altra sostanza contro il gradiente. Cioè, il trasporto della seconda sostanza contro il suo gradiente di concentrazione non è direttamente accoppiato all'uso di ATP da parte della molecola trasportatrice.

Caratteristiche

Nelle cellule viventi, la presenza di membrane semipermeabili consente di mantenere al loro interno concentrazioni di sostanze completamente diverse dalle concentrazioni delle stesse sostanze nell'ambiente extracellulare.

Tuttavia, nonostante queste differenze di concentrazione e canali o pori aperti per alcune sostanze, queste molecole non escono o entrano, a meno che non siano necessarie o modificate determinate condizioni.

La ragione di questo fenomeno è che esiste un equilibrio elettrochimico che fa compensare le differenze di concentrazione tra le membrane con il gradiente elettrico generato dagli ioni diffusibili e ciò avviene perché alcune sostanze non possono fuoriuscire all'interno delle cellule. .

Riferimenti

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