Półprzepuszczalność odnosi się do biomembrany, która jest selektywnie przepuszczalna dla niektórych substancji i nie może być przenoszona przez inne substancje. Półprzepuszczalność jest podstawą osmozy i charakteryzuje komórki wszystkich żywych istot. Zakłócenia w półprzepuszczalności mają druzgocące konsekwencje dla gospodarki elektrolitowej i wodnej w przedziałach ogniwa.
Jaka jest półprzepuszczalność?
Półprzepuszczalność dosłownie oznacza „półprzepuszczalność”. Termin oznacza właściwość fizycznych lub istotnych interfejsów. Powierzchnie półprzepuszczalne pozwalają niektórym cząstkom przechodzić, jednocześnie uniemożliwiając przejście innym.
W technologii medycznej i biologii półprzepuszczalność odgrywa rolę zwłaszcza w kontekście błon. Membrany półprzepuszczalne mają selektywną przepuszczalność i umożliwiają pewnym cząstkom przechodzenie przez membranę w określonym kierunku. Odpowiednie membrany stanowią system separacji, który umożliwia pewnym substancjom przejście na drugą stronę membrany bez specjalnych systemów transportowych.
Błony otaczają komórki, w których musi być utrzymane określone środowisko, aby przetrwać. Bez półprzepuszczalności błon utrzymanie specyficznego środowiska komórkowego byłoby nie do pomyślenia. W biologii półprzepuszczalność jest również podstawą procesów takich jak osmoza, osmoregulacja i turgor.
Funkcja i zadanie
Termin transport membranowy podsumowuje wszystkie penetracje materiału przez biomembranę. Transport błonowy charakteryzuje się dwoma zasadniczo różnymi mechanizmami: oprócz swobodnego przenikania w sensie dyfuzji istnieje również transport specyficzny.
Błona składa się z dwuwarstwy lipidowej, która sama w sobie stanowi barierę między wodnistymi przedziałami komórki. Przestrzeń pozaplazmatyczna i cytoplazmatyczna są w ten sposób oddzielone od siebie. W przedziałach mogą panować różne środowiska. W niektórych systemach biologicznych błona komórkowa jest przepuszczalna dla mniejszych cząsteczek dzięki swojej płynności. Ta przepuszczalność istnieje w systemie biologicznym, na przykład dla wody, która przemieszcza się wzdłuż membrany zgodnie z istniejącym gradientem stężeń w kierunku wyższego stężenia.
Zasada ta jest podstawowym budulcem wielu organizmów, a tym samym podstawą organizmu ludzkiego. Membrany półprzepuszczalne są przede wszystkim przepuszczalne dla rozpuszczalników. Rozpuszczone substancje są często zatrzymywane przez membranę, aby móc utrzymać środowisko komórki za warstwą oddzielającą. Oznacza to, że membrany półprzepuszczalne pozwalają na przechodzenie cząsteczek o określonej masie molowej lub rozmiarze, podczas gdy te powyżej danej masy molowej lub rozmiaru nie mogą przez nie przechodzić.
Obecnie nauka uważa, że tymczasowe nieregularności w dwuwarstwach lipidowych błon są główną przyczyną półprzepuszczalności. Jako podstawa osmozy, półprzepuszczalność jest ważnym składnikiem wszystkich żywych organizmów. Termin osmoza opisuje ukierunkowany przepływ cząsteczek przez membrany selektywnie przepuszczalne lub półprzepuszczalne. Aby osiągnąć uregulowany bilans wodny, komórki wszystkich żywych organizmów są zależne od osmozy, a tym samym półprzepuszczalności.
Półprzepuszczalność jest również kluczowa dla osmoregulacji. Oznacza to zdolność do regulowania stężeń osmotycznie aktywnych substancji w metabolizmie. Ta zdolność służy unikaniu stresu osmotycznego, a także pomaga żywym istotom wykorzystać ich potencjał osmotyczny.
Ponadto półprzepuszczalność stanowi podstawę ciśnienia turgorowego roślin. Ciśnienie to odpowiada ciśnieniu hydrostatycznemu w komórkach, które umożliwia fizjologiczne procesy, takie jak wymiana gazowa lub różne procesy transportowe.
Choroby i dolegliwości
Ogólnoustrojowe reakcje zapalne, takie jak posocznica, mogą wpływać na przepuszczalność. W tym kontekście uwalniana jest substancja pośrednicząca, histamina. Po uwolnieniu zwiększa się między innymi przepuszczalność naczyń.
Istnieje wiele innych odpowiedzi zapalnych, które wpływają na przepuszczalność błony różnych tkanek. Jedną z nich jest zapalenie trzustki, w którym na półprzepuszczalność przewodu trzustkowego wpływają zaburzenia. W tym przypadku zmniejsza się przepuszczalność błony komórek. Zjawisko to można rozpoznać np. Po penetracji rentgenowskiego środka kontrastowego podczas diagnostyki obrazowej.
Dalsze zaburzenia przepuszczalności błony mają miejsce w kontekście chorób układu krążenia. W większości przypadków wszystkie zaburzenia przepuszczalności błony komórkowej powodują zachwianie równowagi elektrolitowej.
Oprócz opisanych kontekstów, zaburzenia przepuszczalności błony mogą mieć również podłoże dziedziczne. Dziedziczna mutacja białek błonowych może na przykład znacząco zmienić przepuszczalność błony komórkowej, na przykład w chorobach takich jak Myotonia congenita Thomsen.
W tej chorobie kanały chlorkowe w mięśniach, które zostały zmienione przez mutację genetyczną, osłabiają przepływ przez błonę jonów chlorkowych. Bez przejścia tych jonów mięśnie nie mogą pracować z pełnym potencjałem.
Ostatecznie wszystkie zaburzenia przepuszczalności błony mają znaczący wpływ na cały organizm. Jeśli, na przykład, półprzepuszczalna membrana nagle przestaje przepuszczać rozpuszczalniki, równowaga wodna w przedziałach komórki jest niezrównoważona. Jeśli membrana półprzepuszczalna jest ponownie zbyt przepuszczalna, zmienia się również specyficzne środowisko przedziałów komórkowych. W obu przypadkach dotknięta komórka może zostać skazana na śmierć, ponieważ planowane środowisko pracy jej przedziałów jest niezrównoważone.
Choroby autoimmunologiczne mogą również osłabiać przepuszczalność błony. Na przykład zespół antyfosfolipidowy jest skierowany konkretnie na błonę biologiczną i zmienia ich fizjologiczną przepuszczalność.
U roślin obserwuje się również pewne zaburzenia przepuszczalności błon lub półprzepuszczalności błon związanych z organizmami pasożytniczymi. Niektóre pasożyty wydalają toksyny więdnące w znaczeniu marasminów. Substancje te powodują zaburzenia półprzepuszczalności w celu spowodowania wzrostu przepuszczalności w osoczu komórki gospodarza i tym samym uzyskania nieograniczonego dostępu.
