Biologie

Lichidul extracelular contine o cantitate mare de ioni de sodiu, insa o cantitate mica de ioni de potasiu. in cazul lichidului intracelular este intalnita situatia opusa. De asemenea, lichidul extracelular contine o cantitate mare de ioni de clor, in timp ce in lichidul intracelular cantitatea este redusa. insa concentratiile fosfatilor si proteinelor din lichidul intracelular sunt mult mai mari decat in lichidul extracelular. Aceste diferente sunt importante pentru viata celulei.

Bariera lipidica a membranei celulare si proteinele membranare de transport

Structura membranei (delimiteaza fiecare celula a organismului) este alcatuita aproape in intregime dintr-un bistrat lipidic (contine insa si numeroase molecule proteice, multe strabat integral membrana).

Bistratul lipidic nu este miscibil nici cu lichidul extracelular si nici cu lichidul intracelular (constituie o bariera in calea deplasarii moleculelor de apa si a substantelor hidrosolubile intre compartimentele lichidiene extracelular si intracelular), totusi unele substante (in special substantele liposolubile) pot strabate bistratul lipidic, difuzand direct prin membrana.

Moleculele proteice membranare au proprietati diferite in ceea ce priveste transportul substantelor (structurile moleculare intrerup continuitatea bistratului lipidic, constituind o cale alternativa de penetrare a membranei celulare).

Majoritatea proteinelor integrale de membrana pot astfel functiona ca proteine de transport.

Proteinele functioneaza in moduri diferite. Unele prezinta canale (pori) care permit astfel deplasarea libera a apei, precum si a anumitor ioni sau molecule, acestea sunt denumite proteine-canal. Altele, denumite proteine de transport, formeaza legaturi cu molecule sau ioni care urmeaza a fi transportati ulterior in urma modificarilor conformationale reversibile (moleculele proteice deplaseaza aceste substante prin spatiile interstitiale spre partea opusa a membranei).

Atat proteinele-canal cat si proteinele de transport sunt de obicei foarte selective in ceea ce priveste tipurile de molecule si ioni carora le permit sa traverseze membrana.

Difuziune versus transport activ

Transportul prin membrana celulara fie direct, fie mediat de proteine, se produce prin unul din urmatoarele procese elementare: difuziune sau transport activ.

Difuziunea defineste deplasarea aleatorie a moleculelor de substanta prin spatiile intermoleculare de la nivelul membranei sau prin combinarea cu o proteina de transport. Energia necesara procesului de difuziune este energia cinetica a moleculelor de substanta.

Transportul activ presupune deplasarea ionilor sau a altor substante prin membrana in asociere cu o proteina de transport care permite deplasarea substantei impotriva unui gradient energetic (ex. dintr-o zona cu concentratie scazuta spre o zona cu concentratie ridicata). Aceasta deplasare necesita o sursa suplimentara de energie in afara de energia cinetica.

Difuziunea

Toate moleculele si ionii din lichidele organismului (inclusiv moleculele de apa si de substante dizolvate) se afla in continua miscare, fiecare particula deplasandu-se independent de celelalte. Aceasta miscare continua a moleculelor in lichide sau gaze este denumita difuziune. Ionii difuzeaza la fel ca si moleculele.

Difuziunea prin membrana celulara

Difuziunea prin membrana celulara este impartita in doua subtipuri denumite: difuziune simpla si difuziune facilitata.

Difuziunea simpla se refera la deplasarea moleculelor sau ionilor printr-o deschidere membranara sau prin spatiile intermoleculare fara ca acestia sa interactioneze cu proteine membranare de transport. Rata difuziunii este determinata de cantitatea de substanta disponibila, de energia cinetica a moleculelor si de numarul si dimensiunile deschiderilor membranare prin care ionii si moleculele se pot deplasa.

Difuziunea facilitata necesita interactiunea moleculelor cu o proteina de transport. Aceasta are rol adjuvant in transportul moleculelor sau ionilor prin membrana celulara prin formarea de legaturi chimice cu acestia, iar complexul rezultat traverseaza membrana.

Difuziunea simpla prin membrana celulara se poate produce pe doua cai: 1) prin spatiile interstitiale ale bistratului lipidic, daca substanta care difuzeaza este liposolubila si 2) prin canalele hidrice delimitate de unele proteine mari de transport.

Difuziunea substantelor liposolubile prin bistratul lipidic

Liposolubilitatea este unul dintre cei mai importanti factori care determina viteza cu care difuzeaza o substanta prin bistratul lipidic (ex. gradul de liposolubilitate al oxigenului, azotului, bioxidului de carbon, alcoolului este mare, astfel incat aceste substante se pot dizolva direct in bistratul lipidic si pot difuza prin membrana celulara in acelasi mod in care difuziunea substantelor hidrosolubile (solvatilor) se produce intr-o solutie apoasa). Rata difuziunii este direct proportionala cu liposolubilitatea. in acest fel pot fi transportate cantitati mari de oxigen (oxigenul patrunde in interiorul celulelor ca si cum membrana celulara n-ar exista.

Difuziunea apei si a altor molecule insolubile in lipide prin proteinele-canal

Chiar daca apa este insolubila in lipidele membranare, aceasta strabate cu usurinta canalele proteice care traverseaza integral membrana.

Alte molecule insolubile in lipide pot strabate porii proteinelor-canal in acelasi mod ca si moleculele de apa, daca sunt hidrosolubile si daca au dimensiuni suficient de mici.

Difuziunea prin proteinele-canal si portile acestor canale

Canalele proteice au doua caracteristici distinctive: 1) au permeabilitate selectiva si 2) multe dintre canale pot fi deschise sau inchise de porti (canale cu poarta).

Permeabilitatea selectiva a canalelor proteice

Multe dintre canalele proteice sunt inalt selective. Selectivitatea se datoreza caracteristicilor intrinseci ale canalului (diametrul, forma si natura sarcinilor electrice si a legaturilor chimice existente de-a lungul suprafetelor interne). Canalul de sodiu are diametrul 0,3-0,5 nm, suprafetele interne sunt puternic electronegative (electronegativitatea poate atrage in aceste canale ionii de sodiu deshidratati care au dimensiuni reduse, separand astfel ionii de sodiu de moleculele de apa care-i hidrateaza). Dupa patrunderea in canale, ionii de sodiu difuzeaza in oricare directie in conformitate cu legile difuziunii (canalul de4