Se analizziamo le varie parti di una cellula dell’organismo umano dall’esterno verso l’interno, la prima struttura in cui ci imbattiamo è la membrana plasmatica, la cui principale funzione è quella di isolare in modo selettivo l’ambiente cellulare da quello circostante. “Selettivo” sta ad indicare che le molecole utili alla vita della cellula, riescono ad attraversare questa barriera naturale grazie ai cosiddetti trasporti di membrana. Questi vengono classificati nelle due seguenti grandi categorie:
– trasporti passivi (che avvengono secondo gradiente di concentrazione);
– trasporti attivi (che avvengono contro gradiente di concentrazione).
L’equilibrio di Gibbs-Donnan è un equilibrio ionico passivo (avviene cioè secondo gradiente) la cui funzione è quella di mantenere costante la differenza di concentrazione ionica e di potenziale elettrico tra due ambienti separati da una membrana selettiva.
Per meglio comprendere il meccanismo sopra definito, ci avvaliamo del seguente esempio.
L’organismo umano è composto da un’alta percentuale di acqua, che si aggira tra il 50 e il 70 % a seconda di numerosi fattori, come l’età e il sesso.
La quantità di acqua corporea totale si suddivide in liquido intracellulare e liquido extracellulare: di quest’ultimo, fanno parte il liquido interstiziale e il plasma sanguigno. Nonostante facciano entrambi parte del “super-gruppo” dei liquidi extracellulari, e le loro composizioni siano quindi simili, tra il plasma ed il liquido interstiziale vi sono delle differenze relative alle sostanze in essi contenute: la più evidente tra queste è data dalla diversa concentrazione di proteine, che sono più abbondanti nel plasma e meno presenti nel liquido interstiziale, separati dalla parete dei vasi sanguigni.
La selettività imposta dalla membrana dell’endotelio capillare (che non permette il passaggio delle proteine), fa sì che le differenti concentrazioni proteiche vengano mantenute costanti: poiché però le proteine posseggono carica negativa, esse attraggono cationi diffusibili (Na+ e K+ ) e respingono anioni diffusibili (Cl¯ ).
La disuguale distribuzione degli ioni, causata dai motivi suddetti, è disciplinata proprio dall’equilibrio di Gibbs-Donnan (affiancato anche dall’azione della pompa sodio-potassio). Tale meccanismo regola le concentrazioni ioniche tra l’interno e l’esterno della membrana plasmatica.
Da: http://www.pacifici-net.it/biologia/Fisiologia%20Generale%20I/flussi_ionici_transmembranari.htm
“La comprensione di quanto avviene nella membrana cellulare parte dalla descrizione del più comune degli equilibri ionici passivi: l’equilibrio di Gibbs-Donnan. Questo equilibrio passivo si verifica poiché all’interno delle cellule ci sono gli anioni proteici che non possono attraversare la membrana. Quando abbiamo un lato con ioni non diffusibili l’equilibrio è caratterizzato da una minore concentrazione degli ioni diffusibili aventi lo stesso segno di quello non diffusibile, e da una maggiore concentrazione degli ioni diffusibili di segno opposto. In un equilibrio elettrochimico, quale è quello di Gibbs-Donnan, poiché restano costanti le concentrazioni ioniche tra i due lati della membrana, il passaggio di ogni singolo ione (K+ o Cl-) dall’uno all’altro compartimento dovrà essere compensato dal passaggio di un uguale ione in senso opposto; dall’altro canto, affinché anche la differenza di potenziale tra i due lati della membrana resti costante è necessario che al passaggio di ogni K+ nell’uno o nell’altro senso corrisponda il passaggio consensuale di un Cl-. Dal momento che la probabilità congiunta che un K+ ed un Cl- passino simultaneamente da (1) a (2) sarà proporzionale al prodotto [Cl-]1·[K+]1 delle loro concentrazioni in (1). Poiché all’equilibrio i flussi ionici netti sono nulli e la differenza di potenziali costante, i due prodotti devono essere uguali, cioé:
[Cl-]1·[K+]1=[Cl-]2·[K+]2
Significa che in condizioni di equilibrio, i prodotti delle concentrazioni degli ioni diffusibili aventi opposto segno sono uguali ai due lati.
Può anche essere così espressa: [K+]1/[K+]2=[Cl-]2/[Cl-]1=K dove la costante K dipende dalla concentrazione K dello ione non diffusibile. Tanto maggiore è la costante tanto maggiore è l’inuguaglianza di distribuzione degli ioni diffusibili tra i due lati. Un’altra conseguenza che viene da questo equilibrio è che la concentrazione totale degli ioni diffusibili è maggiore nel compartimento (1) che nel compartimento (2).
Indirizzi web consultati:
www.ceaedizioni.it/pdf/12814capitolo.pdf
Qui, in inglese c’è una bella animazione dell’equilibrio, forse un po lenta da caricare, ma ne vale la pena.
http://entochem.tamu.edu/Gibbs-Donnan/index.html