2.16: Pompa Sodio-Potassio
La pompa Sodio-Potassio
Il trasporto attivo è il processo che richiede energia per pompare molecole e ioni attraverso le membrane “in salita”-contro un gradiente di concentrazione. Per spostare queste molecole contro il loro gradiente di concentrazione, è necessaria una proteina portante. Le proteine carrier possono lavorare con un gradiente di concentrazione (durante il trasporto passivo), ma alcune proteine carrier possono spostare i soluti contro il gradiente di concentrazione (da bassa concentrazione ad alta concentrazione), con un input di energia. Nel trasporto attivo, poiché le proteine carrier vengono utilizzate per spostare i materiali contro il loro gradiente di concentrazione, queste proteine sono note come pompe. Come in altri tipi di attività cellulari, l’ATP fornisce l’energia per il trasporto più attivo. Un modo in cui l’ATP alimenta il trasporto attivo è il trasferimento di un gruppo fosfato direttamente a una proteina portante. Ciò può causare il cambiamento della forma della proteina portante, che sposta la molecola o lo ion sull’altro lato della membrana. Un esempio di questo tipo di sistema di trasporto attivo, come mostrato nella figura seguente, è la pompa sodio-potassio, che scambia ioni sodio per ioni potassio attraverso la membrana plasmatica delle cellule animali.
Il sistema di pompe sodio-potassio sposta gli ioni sodio e potassio contro grandi gradienti di concentrazione. Sposta due ioni di potassio nella cellula dove i livelli di potassio sono alti e pompa tre ioni di sodio fuori dalla cellula e nel fluido extracellulare.
Come mostrato nella figura sopra, tre ioni sodio si legano con la pompa proteica all’interno della cellula. La proteina portante ottiene quindi energia dall’ATP e cambia forma. In tal modo, pompa i tre ioni di sodio fuori dalla cellula. A quel punto, due ioni di potassio dall’esterno della cellula si legano alla pompa proteica. Gli ioni di potassio vengono quindi trasportati nella cellula e il processo si ripete. La pompa sodio-potassio si trova nella membrana plasmatica di quasi tutte le cellule umane ed è comune a tutta la vita cellulare. Aiuta a mantenere il potenziale cellulare e regola il volume cellulare.
Uno sguardo più dettagliato alla pompa sodio-potassio è disponibile su http://www.youtube.com/watch?v=C_H-ONQFjpQ (13:53) e http://www.youtube.com/watch?v=ye3rTjLCvAU (6:48).
Il gradiente elettrochimico
Il trasporto attivo di ioni attraverso la membrana provoca un gradiente elettrico per costruire attraverso la membrana plasmatica. Il numero di ioni caricati positivamente all’esterno della cellula è maggiore del numero di ioni caricati positivamente nel citosol. Ciò si traduce in una carica relativamente negativa all’interno della membrana e una carica positiva all’esterno. Questa differenza di cariche provoca una tensione attraverso la membrana. La tensione è energia potenziale elettrica causata da una separazione di cariche opposte, in questo caso attraverso la membrana. La tensione attraverso una membrana è chiamata potenziale di membrana. Il potenziale di membrana è molto importante per la conduzione di impulsi elettrici lungo le cellule nervose.
Poiché l’interno della cellula è negativo rispetto all’esterno della cellula, il potenziale di membrana favorisce il movimento di ioni caricati positivamente (cationi) nella cellula e il movimento di ioni negativi (anioni) fuori dalla cellula. Quindi, ci sono due forze che guidano la diffusione degli ioni attraverso la membrana plasmatica: una forza chimica (il gradiente di concentrazione degli ioni) e una forza elettrica (l’effetto del potenziale di membrana sul movimento degli ioni). Queste due forze che lavorano insieme sono chiamate gradiente elettrochimico e saranno discusse in dettaglio nei concetti di “Cellule nervose” e “Impulsi nervosi”.