Propusnost membrane

Propusnost membrane karakterizira propusnost molekula kroz staničnu membranu. Sve ćelije odvojene su od međućelijskog prostora biomembranama i istovremeno sadrže organele ćelija koje su zauzvrat okružene membranama. Propusnost membrana neophodna je za nesmetano odvijanje biokemijskih reakcija.

Što je propusnost membrane?

Propusnost membrane definirana je kao propusnost biomembrane za tekućine i otopljene tvari. Stanične membrane, međutim, nisu propusne za sve tvari. Zbog toga se nazivaju i polupropusnim membranama (polupropusne membrane).

Biomembrane se sastoje od dva fosfolipidna sloja koji su propusni za plinove poput kisika ili ugljičnog dioksida, kao i za nepolarne tvari topive u lipidima. Te tvari mogu prolaziti kroz membrane normalnom difuzijom. Polarne i hidrofilne molekule nisu dopuštene. Prevoze se kroz membranu samo kroz pasivne ili aktivne transportne procese.

Membrane štite unutarnji stanični prostor i prostor unutar organela stanica. Osiguravaju održavanje posebnih kemijskih i fizikalnih uvjeta za važne biokemijske reakcije bez vanjskih smetnji.

Propusnost membrana osigurava selektivni transport vitalnih tvari iz vanćelijskog prostora u stanicu i uklanjanje metaboličkih produkata iz stanice. Isto se odnosi na pojedine stanične organele.

Funkcija i zadatak

Membrane su apsolutno potrebne za nesmetan proces vitalnih biokemijskih reakcija u stanicama i staničnim organelama. Propusnost membrane je jednako važna kako biste mogli opskrbiti stanice važnim hranjivim tvarima poput bjelančevina, ugljikohidrata ili masti. Minerali, vitamini i drugi aktivni sastojci također moraju biti u mogućnosti proći kroz membranu. U isto vrijeme stvaraju se metabolički proizvodi koji se moraju odlagati iz stanice.

Međutim, membrane su propusne samo za lipofilne molekule i male molekule plina, poput kisika ili ugljičnog dioksida. Polarne, hidrofilne ili velike molekule mogu se transportirati kroz membranu samo transportnim postupcima. Za to postoje pasivne i aktivne mogućnosti transporta membrane.

Pasivni transport djeluje bez napajanja energijom u smjeru potencijalnog ili gradijenta koncentracije. Manji lipofilni molekuli ili molekule plina podliježu normalnoj difuziji. Normalna difuzija više nije moguća kod većih molekula. Određeni transportni proteini ili kanalni proteini mogu ovdje olakšati transport. Transportni proteini obuhvaćaju membranu poput tunela. Kroz ovaj tunel mogu se proći manje polarne molekule djelovanjem polarnih aminokiselina. To također omogućava transport malih nabijenih iona kroz tunel.

Druga opcija pasivnog transporta rezultat je djelovanja proteinskih nosača koji su se specijalizirali za određene molekule. Kad se molekula usidri, oni mijenjaju svoju konformaciju i prenose je kroz membranu.

U slučaju aktivnog transporta membrane neophodno je opskrba energijom. Odgovarajuća molekula prenosi se koncentracijskim gradijentom ili električnim gradijentom. Postupci opskrbe energijom rezultat su hidrolize ATP-a, stvaranja gradijenta naboja u obliku električnog polja ili povećanja entropije izgradnjom gradijenta koncentracije.

Endocitoza ili egzocitoza su dostupne za tvari koje uopće ne mogu prodrijeti u membranu. U endocitozi, invazija biomembrane uzima kap tekućine i transportira je u stanicu. Ovo stvara takozvani endosom, koji transportira važne tvari u citoplazmu. Tijekom egzocitoze, otpadni proizvodi u citoplazmi iznose se vanjskim membranama prekrivenim membranama.

Bolesti i bolesti

Poremećaji propusnosti membrane mogu dovesti do različitih bolesti. Promjene utječu na propusnost različitih iona. Poremećaji propusnosti membrane često su posljedica kardiovaskularnih bolesti. To može utjecati na ravnotežu elektrolita u tijelu.

Međutim, mnogi nasljedni uzroci uzrokuju i poremećaje propusnosti membrane. U strukturi membrane sudjeluju različiti proteini i odgovorni su za ispravnu funkciju lipidnog sloja. Genetske promjene određenih proteina odgovorne su za promjene u propusnosti membrane, između ostalog.

Jedan primjer je bolest Myotonia congenita Thomsen. Ova bolest je genetski poremećaj funkcije mišića. Mutiran je gen koji kodira kloridne kanale membrane mišićnih vlakana. Smanjena je propusnost kloridnih iona. To dovodi do lakše depolarizacije mišićnih vlakana nego kod zdravih ljudi. Sklonost mišićnoj kontrakciji je povećana, što se osjeća kao ukočenost. Na primjer, zatvorena šaka može se otvoriti samo s određenim kašnjenjem. Oči se mogu otvoriti tek nakon 30 sekundi nakon zatvaranja, što je poznato i kao kapak.

Postoje i autoimune bolesti koje posebno ciljaju biomembrene. U tom je kontekstu poznat takozvani antifosfolipidni sindrom (APS). Kod ove bolesti, imunološki sustav tijela usmjeren je protiv proteina koji se vežu na fosfolipide u membrani. Rezultat je povećana koagulabilnost krvi. Povećava se vjerojatnost srčanih udara, moždanog udara i plućne embolije.

Poremećaji propusnosti membrane mogu se naći i u takozvanim mitohondriopatijama. U mitohondrijama se energija dobiva izgaranjem ugljikohidrata, masti i bjelančevina. Mitohondrije su stanične organele koje su također okružene membranom. U tim energetskim elektranama nastaje veliki broj slobodnih radikala. Ako se one ne uhvate, membrane će se oštetiti. To ozbiljno ograničava funkciju mitohondrija. Međutim, uzroci smanjene učinkovitosti uklanjanja radikala su različiti.