Del trasporto di massa passivo è la diffusione di substrati attraverso una biomembrana. Questa diffusione avviene lungo il gradiente di concentrazione e non richiede alcuna energia. Il processo di diffusione può, ad esempio, essere disturbato nell'intestino dei pazienti affetti da HIV.
Cos'è il trasporto di massa passivo?
Le cellule o le formazioni cellulari sono separate l'una dall'altra nel corpo da una biomembrana. Grazie alle sue strutture specializzate, questo strato separatore flessibile consente il trasporto di molecole e informazioni specifiche dentro e fuori l'interno della cellula.
Esistono due modalità di base per il trasporto di sostanze dentro e fuori la membrana. Le membrane hanno una permeabilità selettiva. Consentono ad alcune sostanze di diffondersi mentre agiscono da barriera per altre.
Il trasporto attivo di sostanze fa sì che le membrane possano aprirsi in modo mirato per molecole alle quali effettivamente non sono permeabili a causa della loro carica, della loro concentrazione o della loro dimensione. Il trasporto attivo avviene sempre con l'utilizzo di energia. Occorre distinguere tra questo e il tipo di trasporto di massa del trasporto passivo. Non è richiesta energia in questa forma di movimento della materia attraverso una membrana cellulare. Il trasporto passivo deve essere equiparato ai processi di diffusione che avvengono lungo il gradiente di concentrazione e producono un equilibrio di concentrazione tra i due lati della membrana.
Funzione e compito
In una cella o in un vano cella, c'è un determinato ambiente chimico e di carica necessario per il funzionamento della cella. Questo ambiente è mantenuto solo dalle proprietà della biomembrana e dalla permeabilità selettiva. Il trasporto passivo e attivo della sostanza fornisce alla cellula o al compartimento cellulare esattamente la giusta quantità con esattamente le sostanze necessarie per un ambiente benefico.
Esistono due diversi tipi di trasporto passivo. La semplice diffusione interessa le molecole liposolubili e avviene a una velocità estremamente lenta. Si diffondono liberamente attraverso la membrana cellulare. Questa forma di trasporto passivo è quella con il minimo sforzo. Il secondo tipo di diffusione passiva è la diffusione facilitata, che a sua volta può essere suddivisa in due sottoforma. Una di queste sotto-forme è la diffusione facilitata mediata dal portatore. Con questa forma di trasferimento di massa passivo, la membrana preleva il substrato con l'aiuto di un cosiddetto vettore. Il vettore è una proteina che identifica la sostanza alla quale si lega il substrato. Poiché la semplice diffusione avviene a una velocità lenta, il trasportatore aiuta a trasportare la sostanza attraverso la biomembrana. Il numero di tutte le molecole trasportatrici è limitato.
Per questo motivo il trasporto attraverso una molecola vettore è soggetto a cinetiche di saturazione. Anche il trasporto passivo di sostanze da parte di molecole trasportatrici può essere soggetto a inibizione competitiva. Quando una molecola portatrice si collega al suo substrato, cambia la sua conformazione e si riorganizza di conseguenza. Di conseguenza, la molecola del substrato viene trasportata attraverso la biomembrana e rilasciata nuovamente solo sul lato opposto.
Alcuni portatori possono trasportare solo una molecola alla volta e quindi avere un uniporto. Altri portatori hanno siti di legame per due differenti substrati molecolari e cambiano la conformazione solo quando entrambi i siti di legame sono occupati. Le due molecole sono o symport nella stessa direzione o antiport in direzioni opposte. Non c'è dipendenza dal gradiente elettrico.
Il secondo tipo di diffusione facilitata è attraverso i pori e i canali. Questa forma di trasporto colpisce particolarmente gli amminoacidi. Durante il trasporto ionico, ad esempio, il substrato dell'amminoacido viene assorbito nella membrana cellulare attraverso i pori. I canali sono formati da proteine. Ci sono siti di legame speciali su questi canali contenenti proteine. La diffusione facilitata attraverso pori e canali è un trasporto di materiale selettivo che può essere influenzato elettricamente e chimicamente.
Quasi tutti i canali vengono aperti solo in risposta a determinati segnali. Un canale controllato da un ligando, ad esempio, reagisce solo a una sostanza messaggera come un ormone. Alcuni canali sono controllati in tensione e aperti alla diffusione con una variazione del potenziale di membrana. Dopo l'equalizzazione della concentrazione, i canali si chiudono di nuovo.
Malattie e disturbi
Se la permeabilità della membrana e quindi anche il trasporto passivo di massa è disturbata, la permeabilità dei vari ioni non è più idealmente regolata. Tali disturbi della permeabilità della membrana spesso si sviluppano da malattie cardiovascolari e talvolta compromettono l'equilibrio elettrolitico.
A volte anche i disturbi della permeabilità della membrana sono ereditari. Diverse proteine costruiscono la biomembrana e le conferiscono un doppio strato lipidico selettivamente permeabile. Quando le proteine coinvolte vengono modificate, cambia anche la permeabilità della membrana. Questo fenomeno si verifica, ad esempio, nella Myotonia congenita Thomsen. Questa malattia genetica della funzione muscolare provoca la mutazione di un gene responsabile della codifica dei singoli canali del cloruro nelle membrane delle fibre muscolari. A causa della mutazione, la permeabilità agli ioni cloruro è ridotta e quindi causa rigidità muscolare.
Le malattie autoimmuni possono anche essere dirette contro la biomembrana, ad esempio la sindrome da antifosfolipidi. Il sistema immunitario attacca le proteine legate ai fosfolipidi della membrana come parte della malattia. La maggiore tendenza alla coagulazione del sangue aumenta anche il rischio di infarti e ictus.
Le malattie mitocondriali modificano anche la permeabilità delle membrane. I mitocondri sono le centrali energetiche del corpo, che rilasciano radicali liberi durante la generazione di energia. Queste sostanze vengono intercettate nelle persone sane. Questo processo fallisce nei pazienti con mitocondiopatia, che danneggia le membrane e riduce notevolmente la capacità dei mitocondri di produrre energia.
Il trasporto passivo e attivo di sostanze attraverso le membrane dell'intestino tenue è particolarmente influenzato da disturbi come l'enteropatia da HIV. Questo fenomeno colpisce particolarmente i pazienti affetti da HIV con diarrea cronica e può essere associato a una ridotta attività degli enzimi interstinali.
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