La membrana plasmatica è in grado di proteggere la cellula dall'esterno così come confinare, al suo interno, le sostanze. Ma in quanto componente fondamentale di ogni essere vivente, ogni singola cellula nella sua vita necessita di un continuo scambio di molecole con l’esterno.
Per questo motivo si sono evoluti meccanismi in grado di permette a molecole che normalmente non possono superare in modo autonomo la membrana plasmatica, di attraversarla.
Nel caso in cui la cellula debba spendere energia per compiere questa azione (sotto forma di ATP), poichè la molecola in questione viaggia contro gradiente di concentrazione (ovvero da una zona in cui è poco concentrata verso un’altra in cui lo è molto), parliamo di trasporto attivo. Le proteine integrali di membrana in grado di trasportare molecole da un lato all’altro della membrana plasmatica in maniera attiva prendono il nome di pompe cellulari, o di membrana.
Una delle pompe più importanti è la pompa sodio-potassio (Na+/K+), che ha il compito di mantenere stabile la concentrazione di questi due ioni metallici ai due lati opposti della membrana plasmatica.
Questa proteina è in grado di legare sia Na+ sia K+, ma mai contemporaneamente, perchè i siti di legame per i due ioni sono parzialmente sovrapposti. La pompa raccoglie 3 ioni Na+ dallo spazio intracellulare (1), ma non è in grado di portarli all’esterno della cellula fino a quando non risulta attivata a seguito di fosforilazione (2). La fosforilazione avviene mediante la cessione di un gruppo fosfato da parte di una molecola di ATP. Questa modificazione permette un cambio di conformazione della pompa, che si “apre” verso l’esterno della cellula, liberando gli ioni Na+ nello spazio extracellulare (3). Ciò è dovuto al fatto che questa nuova conformazione è meno affine agli ioni sodio rispetto alla precedente. A questo punto 2 ioni potassio presenti all’esterno della cellula (4) possono essere legati dalla proteina. Questo passaggio induce la defosforilazione della pompa e il conseguente ritorno alla conformazione originale (5), che permette il rilascio degli ioni K+ nel citosol (6). La pompa risulta quindi di nuovo pronta per legare altri 3 ioni sodio e ripetere questa operazione.
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Meccanismo di funzionamento della pompa sodio-potassio. In rosa gli ioni Na+, in azzurro gli ioni K+. Nella rappresentazione si assume che il lato citosolico della membrana sia rivolto verso il basso, mentre quello extracellulare verso l’alto.
La pompa sodio-potassio permette quindi di trasportare contro gradiente di concentrazione ioni Na+ all’esterno della cellula e ioni K+ all’interno di essa. Questa operazione è di fondamentale importanza per le cellule come i neuroni in quanto permette loro di creare un potenziale elettrico ai due lati opposti della membrana, chiamato potenziale di riposo, alla base della propagazione dell’impulso nervoso elettrico.
Credits: Wikimedia Commons Phi-Gastrein