Abbiamo appena accennato che la membrana è selettiva, cioè permette il passaggio solo di alcune sostanze. Le modalità con cui queste entrano ed escono sono molteplici, alcune non richiedono energia (trasporto passivo), per altre invece è necessario un dispendio energetico (trasporto attivo).

 

 

Diffusione semplice

Piccole molecole solubili nei grassi (steroidi, vitamine A, D, E), piccole molecole polari prive di carica come l'acqua, il glicerolo, l'etanolo e i gas (O₂, CO₂, N₂ ecc.) diffondono liberamente attraverso la membrana secondo il gradiente di concentrazione, perciò è un trasporto passivo. La diffusione avviene in entrambi i sensi: se la concentrazione di un composto all'esterno della cellula è maggiore che all'interno, il flusso sarà diretto verso l'interno e viceversa.

 

 

Diffusione facilitata

Alcune molecole non solubili nei grassi, le molecole polari e gli ioni richiedono specifiche proteine integrali che possono combinarsi solo con un composto o con una famiglia di composti molto simili. Si tratta sempre di un trasporto passivo ma, a differenza della diffusione semplice, è saturabile: quando tutte le proteine trasportatrici sono impegnate, il trasporto non può procedere ulteriormente.

Per il passaggio di piccole molecole idrosolubili intervengono le proteine canale, che formano pori transmembrana. In genere i canali si aprono solo in presenza di particolari molecole che, legandosi a specifici recettori, modificano la struttura della proteina. Questi canali non sono molto specifici come lo sono invece i canali ionici per Ca²⁺, Na⁺, K⁺, Cl^-.

Il trasferimento di molecole di grandi dimensioni, come amminoacidi e zuccheri, richiede l'impiego di proteine carrier che si aprono dopo aver riconosciuto la molecola da trasferire. Il trasferimento avviene solo verso l'interno, secondo il gradiente di concentrazione.

 

 

Osmosi

L'osmosi, non è un trasporto di sostanze ma la diffusione passiva di acqua dal lato con minore concentrazione di soluto verso quello a più alta concentrazione. Questo processo è dovuto alla semipermeabilità della membrana, di cui abbiamo già parlato nella pagina delle soluzioni. In parte l'acqua attraversa direttamente il doppio strato fosfolipidico e in parte attraverso molecole proteiche, le acquaporine, presenti specialmente negli organi che richiedo rapidi e importanti flussi di acqua, come i reni. Si tratta di una forma di trasporto facilitato.

 

 

Se l'ambiente cellulare è isotonico con l'ambiente interno, non c'è un flusso netto di acqua e la cellula animale si trova nella condizione ideale, mentre quella vegetale richiederebbe una maggiore quantità di acqua, perciò tende ad avvizzire perché la pressione dell'acqua non è abbastanza elevata.
In un ambiente ipotonico l'acqua penetra e si ha la plasmolisi della cellula animale ma quella vegetale, grazie alla parete, non scoppia e la pressione osmotica genera turgore, favorevole alla pianta.
In un ambiente ipertonico si ha un flusso di acqua verso l'esterno e la cellula animale si contrae mentre quella vegetale mantiene la forma ma l'interno si ritira, la membrana si distacca dalla parete e la cellula avvizzisce.

 

 

Trasporto attivo

Nei casi qui sopra elencati si tende a mantenere la medesima concentrazione di sostanze sia all'interno che all'esterno. Con il trasporto attivo, invece, si arriva ad avere una diversa concentrazione tra l'ambiente esterno e l'interno. L'energia necessaria al trasporto delle sostanze contro il gradiente di concentrazione è fornita dall'idrolisi di ATP.

Il trasporto attivo riguarda le molecole importanti come il glucosio, gli acidi grassi e gli amminoacidi, le sostanze tossiche che devono essere espulse, come l'ammoniaca, e gli ioni Ca²⁺, Na⁺, K⁺, H⁺, che vengono trascinate all'interno o pompate all'esterno tramite proteine carriers dette pompe, dotate di due siti differenti: uno per il riconoscimento della sostanza da trasportare e l'altro dove si lega la molecola di ATP.

• Il carrier (pompa) aggancia il soluto in modo specifico,
• grazie all'ATP subisce una modificazione strutturale e/o una rotazione verso la parte opposta della membrana,
• il soluto viene rilasciato dalla parte opposta.

 

 

Un esempio di trasporto attivo è la pompa Na⁺/K⁺ che espelle continuamente ioni Na⁺ e porta all'interno ioni K⁺ in un rapporto di 3 a 2, contro il gradiente di concentrazione, in modo da mantenere una differenza di potenziale tra l'interno e l'esterno: positivo all'esterno e negativo all'interno.
La proteina possiede siti specifici per il sodio e per l'ATP sul lato interno e per il potassio sul lato esterno. All'inizio del ciclo la proteina è aperta verso l'interno ed espone i siti per l'accesso al sodio. Dall'ATP si stacca un gruppo fosfato, con liberazione di energia, il quale si attacca alla pompa modificandone la forma e aprendola verso l'esterno. Gli ioni Na⁺ escono e permettendo l'accesso agli ioni K⁺. Il fosfato a questo punto si stacca e la proteina riprende la sua forma originale, cioè si riapre verso l'interno, dove vengono rilasciati gli ioni K⁺ e ricomincia il ciclo.

 

 

Molecole di grandi dimensioni non possono diffondere all'interno o all'esterno della cellula, né sfruttare le proteine di trasporto.
L'estrusione di materiale dalla cellula, detta esocitosi, avviene mediante fusione di vescicole di secrezione con la membrana plasmatica e il rilascio all'esterno del contenuto.
Con l'endocitosi il materiale è portato all'interno attraverso la formazione di vacuolo alimentare: se il materiale è solido si definisce fagocitosi, pinocitosi se è liquido.

 

 

Esiste anche una endocitosi mediata da recettori in cui particolari proteine presenti in fossette della membrana plasmatica si comportano come recettori in grado di riconoscere e legare le molecole che devono essere trasportate. Diversamente dalle altre endocitosi, è altamente specifica.