Flusso netto e passaggio di molecole tra membrane

I concetti espressi nei precedenti paragrafi riassumevano i modi con i quali una molecola può diffondere attraverso una membrana, senza considerare che la membrana stessa possa opporre una resistenza a questo movimento.

Negli esempi illustrati in precedenza sono stati, per ragioni di praticità, considerati i movimenti delle molecole come unidirezionali; in altre parole, non è stato considerato, come avviene in realtà, il fatto che la molecola potrebbe diffondere in base alla propria concentrazione fino a raggiungere un equilibrio.

Figura 7 Flusso netto

Ipotizziamo di avere un contenitore separato in due zone da una membrana permeabile. Abbiamo visto che, in assenza di altri elementi, una molecola diffonde secondo il proprio gradiente di concentrazione (vedi: Forza chimica). In altre parole se, in un compartimento, l8a molecola in questione è presente con una concentrazione 1M (come illustrato nella figura sopra riportata) e la stessa molecola è presente nell’altro compartimento, con una concentrazione simile, allora, il sistema è all’equilibrio e, pertanto, il flusso da un compartimento a un altro, ovvero da sinistra a destra e viceversa, è pari a zero. Osservando la stessa figura possiamo notare che se nel primo compartimento la concentrazione raddoppiasse si avrebbe un maggiore flusso unidirezionale da questo al compartimento di destra e. Il flusso netto è dalla sottrazione di questo flusso unidirezionale, che è il maggiore tra i due, con l’opposto.

L’esempio appena citato è, per ovvi motivi, semplicistico e serve soltanto per introdurre il concetto di flusso netto. Per approfondire il discorso e, di conseguenza, per stabilire la “quantità” di molecole che oltrepassano la membrana cellulare, è utile descrivere il moto molecolare in relazione alla legge di Fick che mette in rapporto il flusso netto e l’ampiezza del gradente di concentrazione. L’equazione della legge di Fick è la seguente:

Flusso netto = PA(ΔC)

Dove:

• A, rappresenta l’area di superficie della membrana
• ΔC, rappresenta il gradiente di concentrazione.
• P, è il coefficiente di permeabilità.

Che cosa indica il valore P? Le membrane, in rapporto alle molecole, possono avere una differente tendenza all’essere permeate, o, in altre parole, impediscono o favoriscono il passaggio delle molecole attraverso esse. Una membrana lipofobica, ad esempio, si oppone al passaggio di molecole di natura lipidica. In questo caso il valore P è estremamente basso.

Passaggi di molecole tra membrane

Le nozioni apprese fino ad adesso sono state, volutamente, di tipo semplicistico. Come tutte le spiegazioni “teoriche” hanno tralasciato alcuni elementi che, all’interno di un complesso sistema biologico, sono, invece, presenti. Adesso approfondiremo i trasporti intermembrana, inglobando nelle precedenti spiegazioni alcuni nuovi elementi.

Per quanto riguarda i trasporti passivi, una volta compresi i meccanismi di trasporto per diffusione, è possibile fare un passo avanti ed analizzarli all’interno di una cellula, ovvero nel contesto di una unità vivente e ben definita e caratteristica dalla membrana cellulare. È proprio questo aspetto della cellula, ovvero la membrana, che fino ad ora è stato tralasciato per dare spazio ad una idea, semplicistica, di questo importante costituente pari ad un semplice “elemento” interposto tra due compartimenti. Nella cellula, ovviamente, questo discorso non trova riscontro.

La membrana cellulare è formata da un doppio strato fosfolipidico; questa caratteristica rende la cellula  relativamente lipofila. In altre parole la membrana è permeata da molecole che si sciolgono nei grassi e oppone una naturale resistenza alle molecole non polari come, ad esempio, il glucosio. Questo vale in ogni cellula, fermo restando che piccole molecole, come l’ossigeno o l’anidride carbonica, riescono a oltrepassarla senza incontrare particolari resistenze.

Tornando indietro, a questo punto, comprendiamo che nell’equazione di Fick, la lettera P indica la tendenza della membrana cellulare a essere permeata oppure a opporre resistenza ad una determinata molecola.

Il fatto che la membrana cellulare possa ostacolare il passaggio di alcune molecole pone in essere una domanda ben precisa: come fanno le sostanze a passarle attraverso? La maggior parte delle molecole si trova in soluzione acquosa, ad esempio il glucosio o gli ioni, mentre soltanto una piccola percentuale è liposolubile, tra cui le vitamine A, D, E, K. Per questo motivo la diffusione semplice, risultante dalla forza elettrochimica deve essere integrata con altre considerazioni per permettere il passaggio delle molecole.