Efectuarea transportului prin membrane sau prin plasmalema este asigurata de proprietatea membranelor sau a plasmalemei de permeabilitate selectiva. Se disting mai multe tipuri de transport, in functie de:
a) consumul energetic: transport pasiv (fara consum de energie) si transport activ (cu consum de energie prin intermediul ATP);
b) marimea moleculei transportate: transport de ioni (molecule mici), transportul macromoleculelor
c) numarul substantelor transportate (sistem uniport, cotransport (simport, antiport)).
A. TRANSPORTUL PASIV
Difuziunea simpla poate avea loc prin stratul dublu lipidic sau prin proteine.
Ca exemplu pentru difuziunea simpla prin stratul dublu lipidic putem lua patrunderea substantelor liposolubile conform coeficientului de partitie intre ulei si apa. Overton a constatat faptul ca patrunderea substantelor in celule este proportionala cu solubilitatea substantelor in lipide, masurata prin coeficientul de partitie al substantei intre ulei si apa. Cu cat acest coeficient este mai mare, cu atat substanta este mai liposolubila si patrunde mai repede in celule. Exista insa si exceptii de la regula lui Overton: apa, ureea si metanolul.
Referitor la difuziunea simpla mediata de peptide amintim transportul ionilor prin intermediul ionoforilor (polipeptide produse de microorganisme).
Exista 2 tipuri de ionofori: transportori mobili (carausi) si de tip canal. Ionoforii din prima categorie sunt peptide ciclice care au la interior un spatiu polar in care sechestreaza un anumit ion: de exemplu valinomicina leaga K+.
Exteriorul ionoforului este hidrofob. Ionoforii din aceasta categorie preiau ionul de pe o suprafata a membranei, difuzeaza prin stratul dublu lipidic si elibereaza ionul pe fata cealalta, acestia formand pori care strabat bistratul lipidic, prototipul fiind gramicidina (peptid liniar compus din 15 aminoacizi cu resturi laterale hidrofobe).
Ionoforii produsi de microorganisme sunt antibiotice. Ele sunt arme de aparare ale unor microorganisme impotriva altora fiindca anihileaza potentialul de membrana. Ionofori de tip canal sunt: filipina, nistatina, amfotericina B, care formeaza pori doar in membranele cu continut de steroli (de exemplu membranele fungilor). De aceea sunt utilizate in practica medicala drept antifungice (antimicotice).
Ionoforii sunt folositi ca instrumente de investigare a multor procese in biologia celulara si moleculara. Printre altele, ionoforul A 23187 introduce Ca2+ si Mg2+ in celule transportand in afara 2 H+. Acest ionofor nu influenteaza potentialul membranar, doar creste concentratia intracelulara de Ca2+, astfel fiind folosit pentru studiul efectelor Ca2+.
Difuziunea facilitata - se produce de la o concentratie mai mare la una mai mica, dar substantele transportate trec mult mai rapid (de 100.000 de ori) decat ar fi de asteptat pentru dimensiunea si solubilitatea lor in lipide. Substantele sunt transportate de proteine specifice, care se comporta ca niste enzime legate de membrana, deoarece difuziunea facilitata are caracteristici comune cu cataliza enzimatica.
Fiecare proteina transportoare are un loc specific de legare a substratului (substanta transportata). Viteza transportului atinge valoarea maxima (Vmax) caracteristica pentru fiecare transportor, atunci cand acesta este saturat (toate locurile de legare sunt ocupate). Apoi, fiecare transportor are o constanta caracteristica de legare a substantei ce o transporta, numita KM, egala cu concentratia substantei cand viteza de transport atinge ½ din valoarea maxima. Alte caracteristici asemanatoare catalizei enzimatice ar fi:
1) dependenta de pH;
2) inhibitia competitiva prin compusi similari cu substratul;
3) inhibitia necompetitiva prin alte substante (ioni de metale grele) prezente in urme.
Prin difuziune facilitata se realizeaza:
a) transportul anionilor;
b) transportul ureei;
c) transportul glicerolului;
d) transportul unor neelectroliti prin membrana eritrocitului;
e) transportul glucozei;
f) transportul aminoacizilor - prin plasmalema celulelor.
In cadrul acestui tip de transport, transportatorul este o proteina transmembranara care sufera modificari conformationale reversibile. Intr-o anumita stare conformationala ("pong") locurile de legare pentru substanta ce trebuie transportata sunt expuse la exteriorul bistratului lipidic. In cealalta stare ("ping") aceleasi locuri de legare sunt expuse spre partea opusa a membranei, iar substanta este eliberata. Acesta este mecanismul de "ping-pong".
Difuziunea simpla mediata de proteine-canal se deosebeste de difuziunea facilitata prin faptul ca viteza transportului poate fi mai mare decat in cazul difuziunii facilitate si transportul nu se satureaza, adica nu exista Vmax.
Unele canale de transport sunt deschise in mod continuu, iar altele numai tranzitoriu. Acestea se numesc "canale de poarta". Unele canale se deschid la legarea unui ligand pe un receptor si le numim "canale cu poarta comandate de ligand". Alte canale dependente de potentialul membranei (voltaj) le numim canale cu poarta comandate de voltaj. Mai exista si canale proteice care se deschid ca raspuns la cresterea concentratiei intracelulare a unor ioni: de exemplu canalele pentru K+ se deschid atunci cand creste concentratia Ca2+ in citosol.
Exemple de canale cu poarta exista in functionarea jonctiunii neuromusculare, in care un impuls nervos produce contractia muschiului. Cel putin 4 canale se deschid in mai putin de o secunda.
Descresterea potentialului plasmalemei (depolarizarea) terminatiei neuronului deschide canalul pentru Ca2+. Cresterea concentratiei intracelulare de Ca2+ produce descarcarea veziculelor cu acetilcolina, care se leaga de receptorul acetilcolinei din plasmalema celulei musculare. Acesta este un canal cu poarta comandata de receptor; se produce deschiderea lui, ceea ce permite timp de 1 msec difuziunea Na+ spre interior si a K+ la exteriorul celulei. Cum gradientul de concentratie al Na+ este mult mai mare ca cel al K+, influxul de Na+ depaseste efluxul de K+, deci se produce depolarizarea plasmalemei muschiului. Aceasta depolarizare deschide canalele pentru Na+, dependente de voltaj. Ceea ce produce o unda de depolarizare (potential de actiune) ce se raspandeste pe intreaga membrana musculara. Ca rezultat al potentialului de actiune, se deschid canalele de Ca2+ in citosol. Aceasta crestere brusca a Ca2+ in citosol produce contractia miofibrilelor.
