Διαπερατότητα μεμβράνης

ο Διαπερατότητα μεμβράνης χαρακτηρίζει τη διαπερατότητα των μορίων μέσω της κυτταρικής μεμβράνης. Όλα τα κύτταρα διαχωρίζονται από τον διακυτταρικό χώρο από βιομεμβράνες και ταυτόχρονα περιέχουν κυτταρικά οργανίδια που με τη σειρά τους περιβάλλονται από μεμβράνες. Η διαπερατότητα των μεμβρανών είναι απαραίτητη για την ομαλή λειτουργία των βιοχημικών αντιδράσεων.

Ποια είναι η διαπερατότητα της μεμβράνης;

Η διαπερατότητα μεμβράνης ορίζεται ως η διαπερατότητα της βιομεμβράνης για υγρά και διαλυμένες ουσίες. Οι κυτταρικές μεμβράνες, ωστόσο, δεν είναι διαπερατές από όλες τις ουσίες. Ως εκ τούτου, αναφέρονται επίσης ως ημιπερατές μεμβράνες (ημι-διαπερατές μεμβράνες).

Τα βιομεμβράνη αποτελούνται από δύο στρώματα φωσφολιπιδίων που είναι διαπερατά από αέρια όπως οξυγόνο ή διοξείδιο του άνθρακα, καθώς και διαλυτές σε λιπίδια, μη πολικές ουσίες. Αυτές οι ουσίες μπορούν να περάσουν μέσω των μεμβρανών μέσω κανονικής διάχυσης. Δεν επιτρέπονται πολικά και υδρόφιλα μόρια. Μπορούν να μεταφερθούν μόνο μέσω της μεμβράνης μέσω παθητικών ή ενεργών διαδικασιών μεταφοράς.

Οι μεμβράνες προστατεύουν τον εσωτερικό κυτταρικό χώρο και τον χώρο εντός των κυτταρικών οργανιδίων. Εξασφαλίζουν τη διατήρηση ειδικών χημικών και φυσικών συνθηκών για σημαντικές βιοχημικές αντιδράσεις χωρίς εξωτερική παρέμβαση.

Η διαπερατότητα των μεμβρανών εξασφαλίζει την επιλεκτική μεταφορά ζωτικών ουσιών από τον εξωκυτταρικό χώρο στο κύτταρο και την απομάκρυνση των μεταβολικών προϊόντων από το κύτταρο. Το ίδιο ισχύει και για τα μεμονωμένα κυτταρικά οργανίδια.

Λειτουργία & εργασία

Οι μεμβράνες είναι απολύτως απαραίτητες για την αδιατάρακτη διαδικασία ζωτικών βιοχημικών αντιδράσεων εντός των κυττάρων και των κυτταρικών οργανικών. Η διαπερατότητα της μεμβράνης είναι εξίσου ζωτικής σημασίας για να μπορεί να παρέχει στα κύτταρα σημαντικά θρεπτικά συστατικά όπως πρωτεΐνες, υδατάνθρακες ή λίπη. Ορυκτά, βιταμίνες και άλλα δραστικά συστατικά πρέπει επίσης να μπορούν να διέρχονται από τη μεμβράνη. Ταυτόχρονα, δημιουργούνται μεταβολικά προϊόντα που πρέπει να απορρίπτονται από το κύτταρο.

Ωστόσο, οι μεμβράνες είναι διαπερατές μόνο σε λιπόφιλα μόρια και μικρά μόρια αερίου όπως οξυγόνο ή διοξείδιο του άνθρακα. Πολικά, υδρόφιλα ή μεγάλα μόρια μπορούν να μεταφερθούν μόνο μέσω της μεμβράνης μέσω διαδικασιών μεταφοράς. Υπάρχουν παθητικές και ενεργές επιλογές για μεταφορά μεμβρανών για αυτό.

Η παθητική μεταφορά λειτουργεί χωρίς να παρέχει ενέργεια προς την κατεύθυνση δυναμικού ή κλίσης συγκέντρωσης. Μικρότερα λιπόφιλα μόρια ή μόρια αερίων υπόκεινται σε φυσιολογική διάχυση. Η φυσιολογική διάχυση δεν είναι πλέον δυνατή με μεγαλύτερα μόρια. Ορισμένες πρωτεΐνες μεταφοράς ή πρωτεΐνες διαύλου μπορούν να διευκολύνουν τη μεταφορά εδώ. Οι πρωτεΐνες μεταφοράς εκτείνονται στη μεμβράνη σαν σήραγγα. Μικρότερα πολικά μόρια μπορούν να περάσουν μέσω αυτής της σήραγγας μέσω της δράσης πολικών αμινοξέων. Αυτό επιτρέπει επίσης τη μεταφορά μικρών φορτισμένων ιόντων μέσω της σήραγγας.

Μια άλλη επιλογή παθητικής μεταφοράς προκύπτει από τη δράση πρωτεϊνών φορέων που ειδικεύονται σε ορισμένα μόρια. Όταν το μόριο ελλιμενίζεται, αλλάζουν τη διαμόρφωσή τους και το μεταφέρουν μέσω της μεμβράνης.

Στην περίπτωση της ενεργού μεταφοράς μεμβράνης, η παροχή ενέργειας είναι απαραίτητη. Το αντίστοιχο μόριο μεταφέρεται έναντι κλίσης συγκέντρωσης ή ηλεκτρικής κλίσης. Οι διεργασίες παροχής ενέργειας προκύπτουν από την υδρόλυση του ΑΤΡ, τη συσσώρευση μιας βαθμίδας φόρτισης με τη μορφή ηλεκτρικού πεδίου ή την αύξηση της εντροπίας δημιουργώντας μια βαθμίδα συγκέντρωσης.

Η ενδοκύτωση ή η εξωκυττάρωση διατίθεται για ουσίες που δεν μπορούν να διεισδύσουν καθόλου στη μεμβράνη. Στην ενδοκυττάρωση, ο εμβολιασμός της βιομεμβράνης παίρνει μια σταγόνα υγρού και το μεταφέρει στο κύτταρο. Αυτό δημιουργεί ένα λεγόμενο ενδόσωμα, το οποίο μεταφέρει σημαντικές ουσίες στο κυτόπλασμα. Κατά την εξωκυττάρωση, τα απόβλητα στο κυτταρόπλασμα μεταφέρονται προς τα έξω από κυστίδια μεταφοράς που καλύπτονται από μεμβράνη.

Ασθένειες και παθήσεις

Οι διαταραχές στη διαπερατότητα της μεμβράνης μπορούν να οδηγήσουν σε διάφορες καταστάσεις ασθένειας. Οι αλλαγές επηρεάζουν τη διαπερατότητα των διαφόρων ιόντων. Οι διαταραχές διαπερατότητας των μεμβρανών είναι συχνά αποτέλεσμα καρδιαγγειακών παθήσεων. Αυτό μπορεί να επηρεάσει την ισορροπία ηλεκτρολυτών του σώματος.

Ωστόσο, πολλές κληρονομικές αιτίες προκαλούν επίσης διαταραχές διαπερατότητας της μεμβράνης. Διάφορες πρωτεΐνες εμπλέκονται στη δομή της μεμβράνης και είναι υπεύθυνες για τη σωστή λειτουργία της λιπιδικής διπλής στιβάδας. Οι γενετικές αλλαγές σε ορισμένες πρωτεΐνες είναι υπεύθυνες για αλλαγές στη διαπερατότητα της μεμβράνης, μεταξύ άλλων.

Ένα παράδειγμα είναι η ασθένεια Myotonia congenita Thomsen. Αυτή η ασθένεια είναι μια γενετική διαταραχή της μυϊκής λειτουργίας. Ένα γονίδιο που κωδικοποιεί τα κανάλια χλωρίου των μεμβρανών μυϊκών ινών μεταλλάσσεται. Η διαπερατότητα των ιόντων χλωρίου μειώνεται. Αυτό οδηγεί σε ευκολότερη αποπόλωση μυϊκών ινών από ότι σε υγιείς ανθρώπους. Η τάση για συστολή των μυών αυξάνεται, η οποία θεωρείται ως δυσκαμψία. Για παράδειγμα, μια κλειστή γροθιά μπορεί να ανοίξει μόνο με μια συγκεκριμένη καθυστέρηση. Τα μάτια μπορούν να ανοίξουν μόνο μετά από 30 δευτερόλεπτα μετά το κλείσιμο, το οποίο είναι γνωστό ως καπάκι.

Υπάρχουν επίσης αυτοάνοσες ασθένειες που στοχεύουν ειδικά τις βιομεμβράνες. Σε αυτό το πλαίσιο είναι γνωστό το λεγόμενο αντιφωσφολιπιδικό σύνδρομο (APS). Σε αυτήν την ασθένεια, το ανοσοποιητικό σύστημα του σώματος στρέφεται εναντίον πρωτεϊνών που συνδέονται με τα φωσφολιπίδια της μεμβράνης. Το αποτέλεσμα είναι μια αυξημένη πήξη του αίματος. Αυξάνεται η πιθανότητα καρδιακών προσβολών, εγκεφαλικών επεισοδίων και πνευμονικών εμβολών.

Διαταραχές της διαπερατότητας της μεμβράνης μπορούν επίσης να εντοπιστούν στις λεγόμενες μιτοχονδριοπάθειες. Στα μιτοχόνδρια, η ενέργεια λαμβάνεται από την καύση υδατανθράκων, λιπών και πρωτεϊνών. Τα μιτοχόνδρια είναι κυτταρικά οργανίδια που περιβάλλονται επίσης από μεμβράνη. Ένας μεγάλος αριθμός ελεύθερων ριζών παράγεται σε αυτούς τους σταθμούς παραγωγής ενέργειας. Εάν δεν καταγραφούν, οι μεμβράνες θα υποστούν ζημιά. Αυτό περιορίζει σοβαρά τη λειτουργία των μιτοχονδρίων. Ωστόσο, τα αίτια για τη μειωμένη αποτελεσματικότητα των ριζικών καθαριστών είναι διαφορετικά.