Prepustnost membrane: funkcija, vloga in bolezni

Prepustnost membrane je značilna za prepustnost molekule skozi celične membrane. Vse celice so iz medceličnega prostora razmejene z biomembrano in hkrati vsebujejo celične organele, ki so same obdane z membranami. Prepustnost membran je potrebna za nemoten pretok biokemijskih reakcij.

Kaj je prepustnost membrane?

Prepustnost membrane je značilna za prepustnost molekule skozi celične membrane. Prepustnost membrane je definirana kot prepustnost biomembran za tekočine in topljene snovi. Vendar celične membrane niso prepustne za vse snovi. Zato jih imenujemo tudi polprepustne membrane (polprepustne membrane). Biomembrane so sestavljene iz dveh fosfolipidnih plasti, ki so prepustne za pline, kot so kisik or ogljika dioksida, pa tudi v lipidih topnih nepolarnih snovi. Te snovi lahko prehajajo skozi membrane z normalno difuzijo. Polarna in hidrofilna molekule ne smejo skozi. Skozi membrano jih je mogoče prevažati le s pasivnimi ali aktivnimi transportnimi procesi. Membrane ščitijo znotrajcelični prostor in prostor znotraj celičnih organelov. Zagotavljajo vzdrževanje določenih kemijskih in fizikalnih pogojev za pomembne biokemične reakcije brez vmešavanja od zunaj. Prepustnost membran zagotavlja selektivni prenos vitalnih snovi iz zunajceličnega prostora v celico in izgon presnovnih produktov iz celice. Enako velja za posamezne celične organele.

Funkcija in naloga

Membrane so nujne za nemoteno napredovanje vitalnih biokemijskih reakcij v celicah in celičnih organelah. Prepustnost membrane je enako pomembna za oskrbo celic s pomembnimi hranili, kot so beljakovin, ogljikovi hidrati ali maščob. Minerali, vitamini in druge aktivne snovi morajo biti sposobne prehajati skozi membrano. Hkrati nastajajo presnovni produkti, ki jih je treba odstraniti iz celice. Vendar so membrane prepustne samo za lipofilne molekule in majhne molekule plinov, kot npr kisik or ogljika dioksid. Polarne hidrofilne ali celo velike molekule lahko skozi membrano prehajajo samo s transportnimi procesi. V ta namen obstajajo pasivni in aktivni načini prenosa membrane. Pasivni transport deluje brez dovajanja energije v smeri potenciala oz koncentracija gradient. Manjše lipofilne molekule ali molekule plinov so normalno difuzijske. Za večje molekule običajna difuzija ni več mogoča. Tukaj določen prevoz beljakovin ali kanalizacijski proteini lahko olajšajo transport. Prevoz beljakovin raztegnite membrano kot tunel. Skozi ta tunel se lahko s pomočjo polarnih prenašajo manjše polarne molekule aminokisline. To omogoča tudi transport majhnih nabitih ionov skozi tunel. Druga možnost pasivnega transporta je posledica delovanja nosilnih proteinov, ki so specializirani za določene molekule. Ko molekula pristane, tako spremeni svojo konformacijo in jo tako prenese čez membrano. Aktivni membranski transport zahteva oskrbo z energijo. Ustrezna molekula se prevaža proti a koncentracija gradient ali električni gradient. Postopki oskrbe z energijo so posledica hidrolize ATP, kopičenja gradienta naboja v obliki električnega polja ali povečanja entropije z ustvarjanjem koncentracija gradient. Za snovi, ki sploh ne morejo prodreti skozi membrano, je na voljo endocitoza ali eksocitoza. Pri endocitozi se kapljica tekočine vključi skozi invaginacije biomembrane in se transportira v celico. Tako nastane tako imenovani endosom, ki prenaša pomembne snovi v citoplazmo. Med eksocitozo se odpadne snovi v citoplazmi odpeljejo z membranskimi ovojnimi transportnimi vezikli.

Bolezni in motnje

Motnje prepustnosti membrane lahko vodi do različnih bolezni. Spremembe vplivajo na prepustnost različnih ionov. Motnje prepustnosti membrane so pogosto tudi posledica bolezni srca in ožilja. V tem primeru elektrolit ravnovesje telesa. Številni dedni vzroki pa povzročajo tudi motnje prepustnosti membrane. Pri sestavljanju membrane sodelujejo različni proteini, ki so odgovorni za pravilno delovanje dvojne lipidne plasti. Genetske spremembe nekaterih beljakovin so med drugim odgovorne za spremembe prepustnosti membrane. Eden od primerov je bolezen miotonija kongenita Thomsen. Ta bolezen je genetsko pogojena motnja mišičnega delovanja. V tem primeru a gen je mutirano, da kodira klorid kanalov mišična vlakna membrane. Prepustnost klorid ioni se zmanjšajo. To ima za posledico lažje mišična vlakna depolarizacijo kot pri zdravih posameznikih. Povečana je težnja po krčenju mišic, kar se zazna kot okorelost. Na primer, zaprto pest je mogoče odpreti le z določeno zamudo. Tudi oči je mogoče odpreti šele po 30 sekundah po zaprtju, kar se imenuje vek-zaznamek. Poleg tega obstajajo avtoimunske bolezni ki so posebej usmerjeni proti biomembranam. V tem kontekstu je znan tako imenovani antifosfolipidni sindrom (APS). Pri tej bolezni telo imunski sistem je usmerjena proti beljakovinam, ki so vezane na Fosfolipidi membrane. Kot rezultat, kri postane bolj koagulabilen. Verjetnost srce napadi, kapi in pljučne embolije se povečajo. Motnje prepustnosti membrane najdemo tudi v tako imenovanih mitohondriopatijah. V mitohondriji, se energija pridobi pri zgorevanju ogljikovi hidrati, maščobe in beljakovine. mitohondriji so celični organeli, ki jih obdaja tudi membrana. V teh elektrarnah se v veliki meri proizvajajo prosti radikali. Če se ti ne zajamejo, pride do poškodbe membran. To močno omejuje delovanje mitohondriji. Vendar je veliko razlogov za zmanjšano učinkovitost odstranjevalcev radikalov.