approfondimento > Membrana cellulare e diffusione

didattica attiva
approfondimento > Membrana cellulare
e diffusione
SCIENZE DELLA VITA
La struttura della membrana plasmatica è caratterizzata da due componenti principali:
–i fosfolipidi, molecole dotate di una «testa» e di due
«code» disposte in doppio strato, con le teste rivolte
verso i lati esterni;
–le proteine, di forma grossolanamente globulare, immerse nel doppio strato fosfolipidico che spesso attraversano da parte a parte.
Fosfolipidi e proteine hanno un ruolo diverso nell’assicurare i necessari scambi fra citoplasma e ambiente.
I fosfolipidi costituiscono una sorta di intelaiatura, che
potrebbe essere paragonata a una rete dalle maglie molto fitte. Attraverso queste maglie possono passare solo
molecole sufficientemente piccole da potersi insinuare
tra un fosfolipide e l’altro. Molecole con queste caratteristiche sono l’acqua (H2O), l’ossigeno (O2), il diossido di
carbonio (CO2), che attraversano la membrana plasmatica senza impedimenti. Molecole più grandi, come il
 figura 1 Le grandi molecole di glucosio non transitano attraverso il doppio
strato fosfolipidico della
membrana plasmatica,
mentre le molecole d’acqua passano.
Membrana plasmatica
glucosio (C6H12O6), o ioni, come lo ione potassio (K+), che
sono circondati da molecole di acqua e formano complessi di grosse dimensioni, non transitano attraverso il
doppio strato fosfolipidico (figura 1).
Il passaggio di grosse molecole o di ioni può avvenire
solo attraverso le proteine (figura 2), che rappresentano
i siti di controllo distribuiti sulla membrana plasmatica.
Solo le sostanze la cui forma si adatta a quella delle proteine di membrana possono legarsi con queste proteine
ed essere trasportate attraverso la membrana plasmatica.
Tutte le molecole sono sottoposte a un incessante e
disordinato moto di agitazione termica. Questo moto
avviene in maniera completamente casuale, ma ha come risultato complessivo l’uniformità della distribuzione delle particelle. Supponiamo che una certa sostanza,
per esempio l’ossigeno, abbia concentrazione maggiore
fuori della cellula rispetto all’interno. Le molecole di ossigeno che attraversano spontaneamente la membrana
plasmatica dirette verso l’interno sono in numero statisticamente maggiore rispetto a quelle che effettuano il
percorso opposto, proprio perché dentro la cellula l’ossigeno è più «raro». Ciò che noi constatiamo è la diffusione dell’ossigeno all’interno della cellula (figura 3).
Grazie a questo fenomeno, il consumo di ossigeno da
parte della cellula determina il continuo ingresso della
sostanza dall’ambiente esterno, dove è più abbondante.
Il processo di diffusione riguarda anche il passaggio del
diossido di carbonio attraverso la membrana plasmatica. In questo caso, però, il verso del movimento è opposto. La produzione di diossido di carbonio dentro la cellula comporta la diffusione spontanea della sostanza verso l’ambiente, almeno fintantoché la concentrazione del
gas nell’ambiente rimane inferiore a quella nella cellula.
C6H2O6
H2O
 figura 2 (A), la molecola
viene «riconosciuta» dalla
proteina di membrana.
(B), la molecola si lega alla
proteina. (C), la proteina
agisce come una pompa e
la molecola passa attraverso la membrana.
A
B
C
Fabio Fantini, Simona Monesi, Stefano Piazzini - Progetto
 figura 3 Se sul fondo di
un recipiente contenente
acqua si pone un cristallo
colorato solubile, il colorante si scioglie e inizia a
diffondere. Il processo di
diffusione porterà a una
concentrazione uniforme
del soluto, poiché la probabilità che una particella
di colorante si sposti verso
una zona a bassa concentrazione è maggiore della
probabilità dello spostamento inverso.
scienze naturali • Italo Bovolenta editore - 2011
1