Przepuszczalność membrany

Plik Przepuszczalność membrany charakteryzuje przepuszczalność cząsteczek przez błonę komórkową. Wszystkie komórki są oddzielone od przestrzeni międzykomórkowej przez biomembrany i jednocześnie zawierają organelle komórkowe, które z kolei są otoczone błonami. Przepuszczalność membran jest niezbędna do sprawnego przebiegu reakcji biochemicznych.

Jaka jest przepuszczalność membrany?

Przepuszczalność membrany definiuje się jako przepuszczalność biomembrany dla cieczy i substancji rozpuszczonych. Jednak błony komórkowe nie są przepuszczalne dla wszystkich substancji. Dlatego są również znane jako membrany półprzepuszczalne (membrany półprzepuszczalne).

Biomembrany składają się z dwóch warstw fosfolipidów, które przepuszczają gazy, takie jak tlen lub dwutlenek węgla, a także niepolarne substancje rozpuszczalne w tłuszczach. Substancje te mogą przenikać przez membrany na drodze normalnej dyfuzji. Cząsteczki polarne i hydrofilowe nie są przepuszczane. Mogą być transportowane przez membranę tylko w ramach pasywnych lub aktywnych procesów transportowych.

Błony chronią wewnętrzną przestrzeń komórkową i przestrzeń wewnątrz organelli komórkowych. Zapewniają utrzymanie specjalnych warunków chemicznych i fizycznych dla ważnych reakcji biochemicznych bez zewnętrznych zakłóceń.

Przepuszczalność błon zapewnia selektywny transport substancji życiowych z przestrzeni pozakomórkowej do komórki oraz usuwanie produktów przemiany materii z komórki. To samo dotyczy poszczególnych organelli komórkowych.

Funkcja i zadanie

Błony są absolutnie niezbędne do niezakłóconego procesu ważnych reakcji biochemicznych w komórkach i organellach komórkowych. Przepuszczalność błony jest równie ważna, aby móc dostarczać komórkom ważne składniki odżywcze, takie jak białka, węglowodany lub tłuszcze. Minerały, witaminy i inne składniki aktywne również muszą mieć możliwość przejścia przez błonę. W tym samym czasie powstają produkty przemiany materii, które należy usunąć z komórki.

Jednak membrany są przepuszczalne tylko dla cząsteczek lipofilowych i małych cząsteczek gazów, takich jak tlen lub dwutlenek węgla. Polarne cząsteczki hydrofilowe lub duże cząsteczki mogą być transportowane przez membranę tylko w procesach transportowych. W tym celu istnieją pasywne i aktywne opcje transportu membranowego.

Transport bierny działa bez dostarczania energii w kierunku gradientu potencjału lub stężenia. Mniejsze cząsteczki lipofilowe lub cząsteczki gazu podlegają normalnej dyfuzji. W przypadku większych cząsteczek normalna dyfuzja nie jest już możliwa. Niektóre białka transportowe lub białka kanałowe mogą tutaj ułatwiać transport. Białka transportowe obejmują błonę jak tunel. Mniejsze cząsteczki polarne mogą przechodzić przez ten tunel dzięki działaniu polarnych aminokwasów. Umożliwia to również transport małych naładowanych jonów przez tunel.

Inna opcja transportu biernego wynika z działania białek nośnikowych, które specjalizują się w określonych cząsteczkach. Kiedy cząsteczka zadokowała, zmieniają swoją konformację i transportują ją przez błonę.

W przypadku aktywnego transportu membranowego niezbędne jest dostarczenie energii. Odpowiednia cząsteczka jest transportowana pod kątem gradientu stężeń lub gradientu elektrycznego. Procesy dostarczania energii wynikają z hydrolizy ATP, narastania gradientu ładunku w postaci pola elektrycznego lub wzrostu entropii poprzez budowę gradientu stężeń.

Endocytoza lub egzocytoza są dostępne dla substancji, które w ogóle nie mogą przeniknąć przez błonę. W endocytozie inwaginacja biomembrany pochłania kroplę płynu i transportuje ją do komórki. Tworzy to tak zwany endosom, który transportuje ważne substancje do cytoplazmy. Podczas egzocytozy produkty przemiany materii w cytoplazmie są transportowane na zewnątrz przez pęcherzyki transportowe pokryte błoną.

Choroby i dolegliwości

Zaburzenia przepuszczalności błony mogą prowadzić do różnych stanów chorobowych. Zmiany wpływają na przepuszczalność różnych jonów. Zaburzenia przepuszczalności błony są często wynikiem chorób układu krążenia. Może to wpływać na równowagę elektrolitową organizmu.

Jednak wiele dziedzicznych przyczyn powoduje również zaburzenia przepuszczalności błony. W strukturę błony zaangażowane są różne białka, które odpowiadają za prawidłowe funkcjonowanie dwuwarstwy lipidowej. Zmiany genetyczne niektórych białek są odpowiedzialne między innymi za zmiany przepuszczalności błony.

Jednym z przykładów jest choroba Myotonia congenita Thomsen. Ta choroba jest genetycznym zaburzeniem funkcji mięśni. Gen kodujący kanały chlorkowe błon włókien mięśniowych jest zmutowany. Zmniejsza się przepuszczalność jonów chlorkowych. Prowadzi to do łatwiejszej depolaryzacji włókien mięśniowych niż u osób zdrowych. Nasila się skłonność do skurczów mięśni, co jest odczuwalne jako sztywność. Na przykład zaciśniętą pięść można otworzyć tylko z pewnym opóźnieniem. Oczy można otworzyć dopiero po 30 sekundach od ich zamknięcia, co jest znane jako opóźnienie powieki.

Istnieją również choroby autoimmunologiczne, które są ukierunkowane szczególnie na błonę biologiczną. W tym kontekście znany jest tak zwany zespół antyfosfolipidowy (APS). W tej chorobie układ odpornościowy organizmu jest skierowany przeciwko białkom związanym z fosfolipidami błony. Rezultatem jest zwiększona krzepliwość krwi. Zwiększa się prawdopodobieństwo zawału serca, udaru mózgu i zatorowości płucnej.

Zaburzenia przepuszczalności błony można również znaleźć w tzw. Chorobach mitochondrialnych. W mitochondriach energia pozyskiwana jest ze spalania węglowodanów, tłuszczów i białek. Mitochondria to organelle komórkowe, które są również otoczone błoną. W tych elektrowniach w dużej mierze powstają wolne rodniki. Jeśli nie zostaną one przechwycone, membrany zostaną uszkodzone. To poważnie ogranicza funkcję mitochondriów. Jednak przyczyny zmniejszonej skuteczności zmiataczy rodników są różne.