Membrana celulară (transportul pasiv)

Abia în 1952 oamenii de ştiinţă au putut observa complexitatea membranelor celulare, folosindu-se de microscopul electronic, care „priveşte” mult mai adânc decât un microscop fotonic. Vorbim astăzi despre cel mai cunoscut rol al membranei: transportul.

Treptat, s-au format concepţiile despre structura membranei, ajungându-se la modelul actual de mozaic fluid. Concomitent s-au descoperit şi studiat funcţiile membranelor celulare, ajungându-se la concluzia că acestea sunt mult mai complexe decât păreau la început.

Membranele celulare sunt frontiera dintre mediul intra şi extracelular, ceea ce implică contactul cu o gamă foarte variată de substanţe chimice care pot modifica funcţiile celulei.

Cel mai cunoscut rol al plasmalemei (membrană celulară) este transportul. Datorită moleculelor ce formează membrana, aceasta acţionează ca o barieră împotriva substanţelor hidrofile (care sunt solubile în apă). Transportul se poate realiza şi prin formarea unor vezicule de membrană care delimitează la interior un conţinut – fagocitoza bacteriilor.

Membrana celulară este formată dintr-un bistrat lipidic care reprezintă o barieră pentru trecerea (difuzia) ionilor şi a moleculelor mari, dar există anumite proteine, în membrană, care permit trecerea selectivă a acestora. Proteinele membranare integrale (străbat membrana de la un capăt la altul) au fost împărţite în 3 categorii:
1.    Proteine cărăuş – (cum spune şi numele, se „leagă” de ioni sau molecule şi le trec dintr-o parte în alta a membranei) asigură un transport transmembranar pentru ioni şi substanţe, în funcţie de gradientul electrochimic al acestora (de la o concentraţie mai mare la una mai mică).
2.    Proteine cărăuş – de tip pompă; folosesc surse energetice din celulă (molecule de ATP) pentru a transporta substanţe şi ioni, împotriva gradientului (de la o concentraţie mică la una mai mare).
3.    Proteine canal – sunt pori care transportă ioni. Aceste canale pot fi deschise sau închise.

Transportul membranar se clasifică în funcţie de mărimea moleculei transportate, în microtransport şi macrotransport sau în funcţie de consumul de energie – transport activ şi transport pasiv.


Transportul pasiv

Transportul pasiv se încadrează în categoria de microtransport şi se realizează fără consum de energie, substanţele se deplasează pe baza gradientului de concentraţie – de la concentraţie mare spre un mediu cu concentraţie mai mică sau pe baza gradientului electrochimic, în cazul diferiţilor ioni.


Difuzia simplă

Este cea mai simplă modalitate de transport pasiv transmembranar. Prin acest mecanism trec prin membrană substanţele lipofile (substanţe care se amestecă cu grăsimi). Rolul esenţial în difuzia simplă îl are coeficientul de permeabilitate – cât de repede pot trece substanţele liposolubile prin membrană. Permeabilitatea moleculelor (viteza de transport – cm/secundă) depinde de solubilitatea şi mărimea lor.


Difuzia simplă prin proteine

Acest tip de transport pasiv foloseşte o serie de molecule mici, hidrofobe (sau lipofile, se dizolvă în grăsimi) care măresc permeabilitate membranei celulare pentru anumiţi ioni. Aceste proteine sunt denumite ionofori.

Ionoforii funcţionează independent de sursele de energie celulară, ionii fiind transportaţi în funcţie de gradientul electrochimic. Ionoforii pot fi de două tipuri – ionofori cărăuş (preiau un ion şi îl transportă pe cealaltă parte a membranei) şi ionofori canal.

Valinomicina este un ionofor cărăuş ce transportă potasiu în funcţie de concentraţia acestuia. Îl preia de pe o faţă a membranei, se dizolvă în membrană şi îl eliberează pe cealaltă parte.

Gramidicina este un ionor de tip canal pentru sodiu. Este folosit ca antibiotic pentru distrugerea unor bacterii, alterându-le echilibrul ionic. Mai există şi alţi ionofori de tip canal folosiţi eficient ca antibiotice sau ca medicamente antifungice (omoară ciupercile).


Difuzia facilitată

Cum spune şi numele, acest tip de transport pasiv foloseşte o serie de proteine pentru a facilita transportul unor substanţe sau ioni. Se poate realiza prin proteine canal sau proteine cărăuş.

Difuzia facilitată prin proteine canal

Sunt proteine care străbat membrana celulară şi realizează canale pentru diferite substanţe. Această structură permite trecerea ionilor sau a substanţelor cu o eficienţă foarte mare – un milion de ioni pe secundă pot trece printr-un canal. În acelaşi timp, aceste canale nu folosesc energia celulei – transport pasiv.

Studiul acestor canale are o importanţă deosebită pentru medicină, deoarece aceste canale ionice sunt ţinta unor toxine (toxina cobrei sau curara – o otravă) sau a unor medicamente (pentru inimă sau anestezice).

Aceste canale pot avea o poartă de intrare care se deschide când o moleculă (ligand) se fixează într-o zonă specială – astfel se deschide poarta şi ionii pot pătrunde prin canal. Acest mecanism poate fi înţeles printr-o comparaţie simplă: e ca un fel de automat de cafea. Automatul este canalul, banii sunt ligandul iar situsul specific este locul unde introduci moneda. După ce este activat automatul, primeşti cafeaua (sau ionii în cazul celulei).


Difuzia facilitată prin proteine cărăuş

Realizează transportul moleculelor mici, hidrofile, prin membrană. Aceşti ionofori au specificitate pentru molecule – fiecare ionofor este legat de un anumit tip de moleculă.

Prin difuzie facilitată, cu ajutorul proteinelor cărăuş este transportată molecula de glucoză în interiorul celulelor. Cărăuşii (denumiţia Glut) sunt activaţi de către secreţia de insulină. Aceştia vor introduce glucoza în celule până când nivelul acesteia se va normaliza în sânge.

Mai există un tip de transport pasiv – aquaporinele. Acestea au fost descoperite în 1983 de către prof. dr. Benga, dar în 2003 Peter Angri din SUA primeşte premiul Nobel pentru această descoperire. Aquaporinele sunt canale prin memebrana celulei care reglează fluxul de apă.

Celula privită prin ocularul microscopului fotonic pare simplă, dar o privire cu ajutorul microscopului electronic îţi arată o structură atât de complexă, care este încă studiată şi ale cărei mecanisme încă necesită cercetări.