Ημι-διαπερατότητα

Ημι-διαπερατότητα αναφέρεται σε βιομεμβράνη που είναι επιλεκτικά διαπερατή από ορισμένες ουσίες και δεν μπορεί να περάσει από άλλες ουσίες. Η ημι-διαπερατότητα είναι η βάση της όσμωσης και χαρακτηρίζει τα κύτταρα όλων των ζωντανών όντων. Οι διαταραχές στην ημιπερατότητα έχουν καταστροφικές συνέπειες για την ισορροπία ηλεκτρολύτη και νερού στα διαμερίσματα των κυττάρων.

Τι είναι η ημιπερατότητα;

Η ημιπερατότητα σημαίνει κυριολεκτικά «ημιπερατότητα». Ο όρος σημαίνει μια ιδιότητα φυσικών ή ουσιαστικών διεπαφών. Οι ημιδιαπερατές επιφάνειες επιτρέπουν σε ορισμένα σωματίδια να περνούν ενώ εμποδίζουν τη διέλευση άλλων.

Στην ιατρική τεχνολογία και τη βιολογία, η ημιπερατότητα παίζει ρόλο ειδικά στο πλαίσιο των μεμβρανών. Οι ημιδιαπερατές μεμβράνες έχουν επιλεκτική διαπερατότητα και επιτρέπουν σε ορισμένα σωματίδια να περάσουν από τη μεμβράνη σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Οι αντίστοιχες μεμβράνες αντιπροσωπεύουν ένα σύστημα διαχωρισμού που επιτρέπει σε ορισμένες ουσίες να περάσουν στην άλλη πλευρά της μεμβράνης χωρίς ειδικά συστήματα μεταφοράς.

Οι μεμβράνες περιβάλλουν τα κύτταρα στα οποία πρέπει να διατηρηθεί ένα συγκεκριμένο περιβάλλον για λόγους επιβίωσης. Χωρίς την ημιπερατότητα των μεμβρανών, η διατήρηση του συγκεκριμένου κυτταρικού περιβάλλοντος θα ήταν αδιανόητη. Στη βιολογία, η ημιπερατότητα είναι επίσης η βάση για διαδικασίες όπως η όσμωση, η οσμωτική ρύθμιση και το turgor.

Λειτουργία & εργασία

Ο όρος μεταφορά μεμβράνης συνοψίζει όλες τις διεισδύσεις υλικού μέσω βιομεμβράνης. Η μεταφορά μεμβράνης χαρακτηρίζεται από δύο βασικά διαφορετικούς μηχανισμούς: εκτός από την ελεύθερη διαπέραση με την έννοια της διάχυσης, υπάρχει επίσης συγκεκριμένη μεταφορά.

Η μεμβράνη αποτελείται από μια λιπιδική διπλή στιβάδα, η οποία από μόνη της αντιπροσωπεύει ένα φράγμα μεταξύ των υδαρών διαμερισμάτων του κυττάρου. Ο εξωπλασματικός και ο κυτταροπλασματικός χώρος διαχωρίζονται ο ένας από τον άλλο με αυτόν τον τρόπο. Διαφορετικοί χώροι μπορούν να επικρατήσουν στα διαμερίσματα. Σε ορισμένα βιολογικά συστήματα, μια κυτταρική μεμβράνη είναι διαπερατή σε μικρότερα μόρια χάρη στη ρευστότητά της. Αυτή η διαπερατότητα υπάρχει στο βιολογικό σύστημα, για παράδειγμα, για νερό, το οποίο κινείται κατά μήκος της μεμβράνης σύμφωνα με την υπάρχουσα βαθμίδα συγκέντρωσης προς την κατεύθυνση της υψηλότερης συγκέντρωσης.

Αυτή η αρχή είναι ένα βασικό δομικό στοιχείο πολλών οργανισμών και επομένως επίσης μια βάση του ανθρώπινου οργανισμού. Οι ημιδιαπερατές μεμβράνες είναι κυρίως διαπερατές σε διαλύτες. Οι διαλυμένες ουσίες συγκρατούνται συχνά από τη μεμβράνη για να είναι σε θέση να διατηρούν το κυτταρικό περιβάλλον πίσω από το διαχωριστικό στρώμα. Αυτό σημαίνει ότι οι ημιπερατές μεμβράνες επιτρέπουν τη διέλευση μορίων έως μια συγκεκριμένη μοριακή μάζα ή μέγεθος, ενώ αυτά που υπερβαίνουν τη δεδομένη γραμμομοριακή μάζα ή μέγεθος εμποδίζονται να περάσουν.

Η επιστήμη θεωρεί τώρα ότι οι προσωρινές ανωμαλίες εντός των λιπιδικών διπλοστιβάδων των μεμβρανών είναι η κύρια αιτία ημι-διαπερατότητας. Ως βάση της όσμωσης, η ημιπερατότητα είναι ένα σημαντικό συστατικό όλων των ζωντανών οργανισμών. Ο όρος όσμωση περιγράφει την κατευθυνόμενη ροή μοριακών σωματιδίων μέσω επιλεκτικά διαπερατών ή ημι-διαπερατών μεμβρανών. Προκειμένου να επιτευχθεί μια ρυθμιζόμενη ισορροπία νερού, τα κύτταρα όλων των έμβιων εξαρτώνται από την όσμωση και συνεπώς από την ημι-διαπερατότητα.

Η ημιπερατότητα είναι επίσης ζωτικής σημασίας για την οσμωτική ρύθμιση. Αυτό σημαίνει την ικανότητα ρύθμισης των συγκεντρώσεων των οσμωτικώς δραστικών ουσιών στο μεταβολισμό. Αυτή η ικανότητα χρησιμεύει στην αποφυγή του οσμωτικού στρες και βοηθά επίσης τα ζωντανά πράγματα να εκμεταλλευτούν το οσμωτικό δυναμικό τους.

Επιπλέον, η ημι-διαπερατότητα αποτελεί τη βάση της πίεσης των φυτών. Αυτή η πίεση αντιστοιχεί σε μια υδροστατική πίεση στα κύτταρα, η οποία επιτρέπει φυσιολογικές διεργασίες όπως ανταλλαγή αερίων ή διαφορετικές διαδικασίες μεταφοράς.

Ασθένειες και παθήσεις

Οι συστηματικές φλεγμονώδεις αποκρίσεις όπως η σήψη μπορούν να επηρεάσουν τη διαπερατότητα. Σε αυτό το πλαίσιο, η μεσολαβητική ουσία ισταμίνη απελευθερώνεται. Μετά την απελευθέρωση, η διαπερατότητα των αγγείων αυξάνεται, μεταξύ άλλων.

Υπάρχουν πολλές άλλες φλεγμονώδεις αποκρίσεις που επηρεάζουν τη διαπερατότητα μεμβρανών διαφορετικών ιστών. Ένα από αυτά είναι η παγκρεατίτιδα, στην οποία η ημιπερατότητα του συστήματος του παγκρεατικού πόρου επηρεάζεται από διαταραχές. Η διαπερατότητα των μεμβρανών των κυττάρων μειώνεται σε αυτήν την περίπτωση. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να αναγνωριστεί, για παράδειγμα, με τη διείσδυση μέσων αντίθεσης ακτίνων Χ κατά τη διαγνωστική απεικόνιση.

Περαιτέρω διαταραχές της διαπερατότητας της μεμβράνης εμφανίζονται στο πλαίσιο των καρδιαγγειακών παθήσεων. Στις περισσότερες περιπτώσεις, όλες οι διαταραχές διαπερατότητας της μεμβράνης οδηγούν σε ανισορροπία στην ισορροπία ηλεκτρολυτών.

Εκτός από τα περιγραφόμενα πλαίσια, οι διαταραχές της διαπερατότητας της μεμβράνης μπορούν επίσης να έχουν κληρονομική βάση. Μια κληρονομική μετάλλαξη των πρωτεϊνών της μεμβράνης μπορεί, για παράδειγμα, να αλλάξει σημαντικά τη διαπερατότητα μιας κυτταρικής μεμβράνης, για παράδειγμα σε ασθένειες όπως η Myotonia congenita Thomsen.

Σε αυτήν την ασθένεια, τα κανάλια χλωριδίου εντός των μυών που έχουν τροποποιηθεί από γενετική μετάλλαξη επηρεάζουν τη διέλευση της μεμβράνης για τα ιόντα χλωρίου. Χωρίς τη διέλευση αυτών των ιόντων, οι μύες δεν μπορούν να λειτουργήσουν στο μέγιστο των δυνατοτήτων τους.

Τελικά, όλες οι διαταραχές διαπερατότητας της μεμβράνης παρουσιάζουν σημαντικά αποτελέσματα σε ολόκληρο τον οργανισμό. Εάν, για παράδειγμα, μια ημιδιαπερατή μεμβράνη ξαφνικά δεν είναι πλέον διαπερατή στους διαλύτες, η ισορροπία νερού στα διαμερίσματα του κελιού είναι εκτός ισορροπίας. Εάν μια ημιπερατή μεμβράνη είναι πάλι πολύ διαπερατή, το συγκεκριμένο περιβάλλον των διαμερισμάτων κυττάρων αλλάζει και σε αυτήν την περίπτωση. Και στις δύο περιπτώσεις, το προσβεβλημένο κύτταρο μπορεί να είναι καταδικασμένο να πεθάνει επειδή το επιδιωκόμενο περιβάλλον εργασίας των διαμερισμάτων του είναι εκτός ισορροπίας.

Οι αυτοάνοσες ασθένειες μπορούν επίσης να επηρεάσουν τη διαπερατότητα της μεμβράνης. Το σύνδρομο αντιφωσφολιπιδίων, για παράδειγμα, κατευθύνεται ειδικά έναντι της βιομεμβράνης και αλλάζει τη φυσιολογική τους διαπερατότητα.

Στα φυτά, παρατηρούνται επίσης ορισμένες διαταραχές στη διαπερατότητα της μεμβράνης ή στην ημιπερατότητα των μεμβρανών που σχετίζονται με παρασιτικούς οργανισμούς. Ορισμένα παράσιτα εκκρίνουν μαλακές τοξίνες με την έννοια των μαρασινών. Αυτές οι ουσίες προκαλούν διαταραχές ημι-διαπερατότητας προκειμένου να προκαλέσουν αύξηση της διαπερατότητας στο πλάσμα του κυττάρου ξενιστή και έτσι να αποκτήσουν ανεμπόδιστη πρόσβαση.