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