Prepustnost membrane

The Prepustnost membrane označuje prepustnost molekul skozi celično membrano. Vse med celice so ločene od medceličnega prostora z biomembranami in hkrati vsebujejo celične organele, ki so obdane z membranami. Prepustnost membran je potrebna za nemoten potek biokemijskih reakcij.

Kakšna je prepustnost membrane?

Prepustnost membrane je opredeljena kot prepustnost biomembrane za tekočine in raztopljene snovi. Celične membrane pa niso prepustne za vse snovi. Zato jih imenujemo tudi polprepustne membrane (polprepustne membrane).

Biomembrane so sestavljene iz dveh fosfolipidnih plasti, ki prepustita za pline, kot sta kisik ali ogljikov dioksid, kot tudi lipidotopne nepolarne snovi. Te snovi lahko skozi normalno difuzijo prehajajo skozi membrane. Polarne in hidrofilne molekule niso dovoljene skozi. Preko membrana se lahko prevažajo samo s pasivnimi ali aktivnimi transportnimi procesi.

Membrane varujejo notranji celični prostor in prostor znotraj organelov celic. Zagotavljajo vzdrževanje posebnih kemijskih in fizikalnih pogojev za pomembne biokemične reakcije brez zunanjih motenj.

Prepustnost membran zagotavlja selektiven transport vitalnih snovi iz zunajceličnega prostora v celico in odstranjevanje produktov presnove iz celice. Enako velja za posamezne celične organele.

Funkcija in naloga

Membrane so nujno potrebne za nemoten proces vitalnih biokemičnih reakcij znotraj celic in organelov celic. Prepustnost membrane je prav tako pomembna, da lahko celice oskrbujemo s pomembnimi hranili, kot so beljakovine, ogljikovi hidrati ali maščobe. Minerali, vitamini in druge aktivne sestavine morajo tudi skozi membrano. Hkrati nastajajo presnovni produkti, ki jih je treba odstraniti iz celice.

Vendar pa so membrane prepustne samo za lipofilne molekule in majhne molekule plina, kot sta kisik ali ogljikov dioksid. Polarne, hidrofilne ali velike molekule se lahko skozi membrano prevažajo samo skozi transportne procese. Za to obstajajo pasivne in aktivne možnosti za membranski transport.

Pasivni transport deluje brez napajanja z energijo v smeri potenciala ali koncentracije. Manjše lipofilne molekule ali molekule plina so podvržene normalni difuziji. Normalna difuzija pri večjih molekulah ni več mogoča. Določeni transportni proteini ali kanalni proteini lahko olajšajo transport tukaj. Transportni proteini segajo v membrano kot v tunelu. Skozi tunel lahko skozi delovanje polarnih aminokislin preidejo manjše polarne molekule. To omogoča tudi transport majhnih nabitih ionov skozi predor.

Druga možnost pasivnega transporta je posledica delovanja proteinskih nosilcev, ki so specializirani za določene molekule. Ko se molekula priklopi, spremenijo svojo konformacijo in jo prenesejo skozi membrano.

V primeru aktivnega membranskega prevoza je potrebna oskrba z energijo. Ustrezna molekula se prevaža proti koncentracijskemu gradientu ali električnemu gradientu. Postopki oskrbe z energijo so posledica hidrolize ATP, kopičenja naklona naboja v obliki električnega polja ali povečanja entropije z gradnjo koncentracijskega gradienta.

Endocitoza ali eksocitoza je na voljo za snovi, ki sploh ne morejo prodreti skozi membrano. Pri endocitozi vdor biomembrane sprejme kapljico tekočine in jo prenese v celico. Tako nastane tako imenovani endosom, ki prenaša pomembne snovi v citoplazmo. Med eksocitozo odpadne snovi v citoplazmi odnesejo prek membransko prekritih transportnih veziklov.

Bolezni in bolezni

Motnje v prepustnosti membran lahko privedejo do različnih bolezenskih stanj. Spremembe vplivajo na prepustnost različnih ionov. Motnje prepustnosti membrane so pogosto posledica bolezni srca in ožilja. To lahko vpliva na ravnovesje elektrolitov v telesu.

Vendar mnogi dedni vzroki povzročajo tudi motnje prepustnosti membran. V strukturi membrane sodelujejo različni proteini in so odgovorni za pravilno delovanje lipidnega dvosloja. Genetske spremembe nekaterih proteinov so med drugim odgovorne za spremembe v prepustnosti membran.

En primer je bolezen Myotonia congenita Thomsen. Ta bolezen je genetska motnja delovanja mišic. Mutiran je gen, ki kodira kloridne kanale membran mišičnih vlaken. Prepustnost kloridnih ionov se zmanjša. To vodi do lažje depolarizacije mišičnih vlaken kot pri zdravih ljudeh. Nagnjenost k krčenju mišic je povečana, kar se čuti kot togost. Na primer, zaprto pest lahko odprete le z določenim zamikom. Oči se lahko odprejo šele po 30 sekundah po zapiranju, kar je znano kot pokrov.

Obstajajo tudi avtoimunske bolezni, ki posebej ciljajo na biomembrene. V tem kontekstu je znan tako imenovani antifosfolipidni sindrom (APS). Pri tej bolezni je imunski sistem telesa usmerjen proti beljakovinam, ki so vezane na fosfolipide v membrani. Rezultat je povečana koagulabilnost krvi. Povečana je verjetnost srčnih napadov, kapi in pljučnih embolij.

Motnje prepustnosti membrane najdemo tudi v tako imenovanih mitohondriopatijah. V mitohondrijah se energija pridobiva z izgorevanjem ogljikovih hidratov, maščob in beljakovin. Mitohondrije so celične organele, ki jih obdaja tudi membrana. V teh energetskih elektrarnah nastane veliko število prostih radikalov. Če teh ne zajamemo, se membrane poškodujejo. To močno omejuje delovanje mitohondrijev. Vzroki za zmanjšano učinkovitost odstranjevalcev radikalov pa so različni.