Diffusione facilitata

La diffusione facilitata, come la diffusione semplice, è una forma di trasporto passivo, ossia un trasporto che non richiede consumo di energia da parte della cellula.
La diffusione facilitata permette un passaggio di molecole e ioni da una parte all’altra della membrana ad una velocità superiore rispetto a ciò che ci si aspetterebbe secondo una diffusione semplice; ciò è reso possibile dalla presenza di proteine di membrana che facilitano, appunto, questo movimento. Tali proteine sono denominate trasportatori.
Come la diffusione semplice, anche in questo caso se il gradiente di concentrazione si annulla, si arresta anche il movimento delle sostanze.

C’è una caratteristica importante che contraddistingue la diffusione facilitata rispetto a quella semplice: mentre nella diffusione semplice all’aumentare della concentrazione aumenta anche la velocità del passaggio di molecole, nella diffusione facilitata si ha un comportamento diverso, ossia all’aumentare della concentrazione l’incremento del flusso diminuisce fino a che, ad un certo punto, il meccanismo va in saturazione. Ulteriori incrementi di concentrazione non provocano un corrispondente aumento della velocità di diffusione. Questo discorso è valido solo per le sostanze polari che, per attraversare la membrana, hanno bisogno di trasportatori che permettano a tali sostanze di muoversi attraverso uno strato idrofobico. Per quanto riguarda le molecole apolari, invece, come nella diffusione semplice, la velocità di penetrazione attraverso le membrane è direttamente proporzionale alla loro concentrazione; ovvio che influisce sempre la liposolubilità e il peso molecolare in quanto più grande è una molecola, più difficilmente attraverserà la membrana.
La saturazione della diffusione facilitata alle elevate concentrazioni presenta una stretta analogia con il comportamento degli enzimi nelle reazioni biochimiche. Nelle reazioni catalizzare dagli enzimi, l’enzima si satura gradualmente all’aumentare della concentrazione del substrato e quindi la velocità di reazione si stabilizza. Le analogie di comportamento tra i due sistemi suggeriscono che la diffusione facilitata venga effettuata ad opera di proteine di membrana aventi caratteristiche simili a quelle degli enzimi.
Un altro aspetto che accomuna i trasportatori che intervengono nella diffusione facilitata e gli enzimi è la specificità: ogni molecola trasportata mediante diffusione facilitata è veicolata da una proteine diversa che è specifica per quella sostanza o per un gruppo di molecole ad essa strettamente correlate. Ad esempio, la proteine che trasporta il glucosio, trasporta anche gli zuccheri correlati: mannosio, galattosio, xilosio ed arabinosio.
I trasportatori si combinano alle molecole e agli ioni dalla parte della membrana in cui la loro concentrazione è maggiore e li liberano dalla parte a minore concentrazione. Ciò è possibile grazie a modificazioni conformazionali in corrispondenza di regioni particolari della proteina. Queste alterazioni fanno sì che la proteina oscilli tra due diversi stati conformazionali che orientano il sito di legame della proteina alternativamente verso l’esterno o verso l’interno della membrana.
Nello stadio iniziale del processo, la proteina è ripiegata in modo da esporre il sito che lega la molecola trasportata alla superficie della membrana rivolta verso la regione a maggiore concentrazione. In questa posizione, il sito di legame si trova in uno stato ad alta affinità, in cui è in grado di legarsi saldamente alla molecola da trasportare. Le collisioni casuali derivanti dal moto delle molecole determinano l’interazione tra sostanza da trasportare e proteina trasportatrice.
Il legame produce un cambiamento conformazione della proteina trasportatrice, per cui essa subisce una transizione verso la conformazione alternativa, in cui il sito di legame risulta orientato in direzione della superficie della membrana rivolta verso la parte a minore concentrazione. La transizione conformazionale determina anche il passaggio del sito attivo ad uno stato a bassa affinità, in cui il legame con la molecola da trasportare è relativamente debole. Ne consegue che la sostanza trasportata viene rapidamente liberata dalla parte della membrana che contiene la concentrazione più bassa.
Il distacco fa sì che la proteina ritorni alla sua conformazione originaria, con il sito di legame orientato di nuovo verso il lato opposto della membrana, pronto ad iniziare un altro ciclo di diffusione facilitata. L’energia richiesta per i cambiamenti conformazionali è fornita da un gradiente favorevole di concentrazione.
Le proteine trasportatrici sono tutte proteine integrali di membrana costituite da un numero variabile di segmenti ad alfa-elica che attraversano più volte la membrana plasmatica. I gruppi glucidici delle glicoproteine sono rivolti verso l’esterno della cellula.
Esistono diversi tipi di trasportatori coinvolti nella diffusione facilitata; uno di questi è il trasportatore del glucosio.

Articolo creato il 23 febbraio 2010.
Ultimo aggiornamento: vedi sotto il titolo.

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