I sistemi di trasporto della membrana citoplasmatica

Le proteine di trasporto sono molto di più di semplici veicoli per l'attraversamento della membrana, in quanto permettono l'accumulo di soluti all'interno della cellula contro un gradiente di concentrazione. Infatti se la diffusione fosse l'unico meccanismo di trasporto disponibile. All'interno della cellula non si potrebbe mai stabilire un adeguata concentrazione di soluti per la realizzazione delle reazioni chimiche. A differenza dei sistemi di diffusione semplice, inoltre, il trasferimento mediato da trasportatori mostra un effetto di saturazione; se la concentrazione del substrato e sufficientemente elevata da saturare il trasportatore, e questo normalmente avviene anche a basse concentrazioni di substrato, il tasso di captazione è massimo e la velocità rimane la medesima anche in caso di un ulteriore aumento della concentrazione del substrato.
Questa caratteristica è di fondamentale importanza per la cellula, perché le permette di concentrare all'interno del citoplasma i nutrienti anche quando si trova in un ambiente che ne è particolarmente povero. Un'altra peculiarità del meccanismo di trasporto mediato è la sua natura altamente specifica. Molte proteine di trasporto reagiscono con una singola molecola, mentre altre mostrano affinità per un'intera classe di molecole: ci sono, per esempio, trasportatori che veicolano diversi zuccheri o diversi amminoacidi correlati tra loro. Inoltre, la sintesi delle proteine di trasporto è regolata dalla cellula, cosicché la presenza di specifici trasportatori sulla membrana è funzione sia dei nutrienti presenti sia della loro concentrazione nell'ambiente. Quindi, come ben si può capire, i procarioti hanno evoluto diversi tipi di trasporto, ognuno dei quali con caratteristiche uniche. Esistono almeno tre classi di sistemi di trasporto della membrana: trasporto semplice, traslocazione di gruppo e sistema ABC. La prima classe coinvolge soltanto componenti che attraversano lo spessore della membrana; la seconda classe si avvale di proteine di legame a localizzazione periplasmatica in aggiunta ai componenti di membrana; il sistema ABC coinvolge una proteina di legame del substrato, un trasportatore di membrana e una proteina per l'idrolisi del'ATP. Tutti i sistemi sopra descritti richiedono, comunque, energia nella forma sia di forza proton-motrice ,ATP, sia di altri composti ad alta energia. Dal punto di vista strutturale, questi trasportatori formano 12 α eliche che procedono avanti e indietro nello spessore della membrana per formare un canale attraverso il quale le sostanze trasportate sono portate all'interno della cellula. Gli eventi di trasporto implicano dei cambiamenti conformazionali nelle proteine dovuti al legame con il substrato specifico, grazie ai quali il composto è veicolato attraverso la membrana. Le diverse tipologie di trasporto sono: le proteine di tipo uniporter trasportano una sostanza unidirezionalmente da un lato all'altro della membrana; le proteine di tipo symporter trasportano attraverso la membrana nella stessa direzione una sostanza insieme con un'altra, frequentemente un protone (H+); le proteine di tipo antiporter trasportano una sostanza in una direzione e un'altra nella direzione opposta.