Проницаемость мембраны

Проницаемость мембраны характеризует проницаемость молекул через клеточную мембрану. Все клетки отделены от межклеточного пространства биомембранами и в то же время содержат клеточные органеллы, которые в свою очередь окружены мембранами. Проницаемость мембран необходима для бесперебойного протекания биохимических реакций.

Какая проницаемость мембраны?

Проницаемость мембраны определяется как проницаемость биомембраны для жидкостей и растворенных веществ. Однако клеточные мембраны проницаемы не для всех веществ. Поэтому они также известны как полупроницаемые мембраны (полупроницаемые мембраны).

Биомембраны состоят из двух слоев фосфолипидов, проницаемых для газов, таких как кислород или двуокись углерода, а также для жирорастворимых неполярных веществ. Эти вещества могут проходить через мембраны путем нормальной диффузии. Полярные и гидрофильные молекулы не допускаются. Они могут переноситься через мембрану только посредством пассивных или активных транспортных процессов.

Мембраны защищают внутреннее клеточное пространство и пространство внутри клеточных органелл. Они обеспечивают поддержание особых химических и физических условий для важных биохимических реакций без внешнего вмешательства.

Проницаемость мембран обеспечивает селективный транспорт жизненно важных веществ из внеклеточного пространства в клетку и удаление продуктов метаболизма из клетки. То же самое и с отдельными клеточными органеллами.

Функция и задача

Мембраны абсолютно необходимы для непрерывного процесса жизненно важных биохимических реакций внутри клеток и клеточных органелл. Проницаемость мембраны не менее важна для обеспечения клеток важными питательными веществами, такими как белки, углеводы или жиры. Минералы, витамины и другие активные ингредиенты также должны проходить через мембрану. В то же время образуются продукты обмена веществ, которые необходимо удалить из клетки.

Однако мембраны проницаемы только для липофильных молекул и небольших молекул газа, таких как кислород или диоксид углерода. Полярные гидрофильные или большие молекулы могут переноситься через мембрану только посредством транспортных процессов. Для этого существуют пассивные и активные варианты мембранного транспорта.

Пассивный транспорт работает без подачи энергии в направлении градиента потенциала или концентрации. Меньшие липофильные молекулы или молекулы газа подвержены нормальной диффузии. Нормальная диффузия больше невозможна с более крупными молекулами. Определенные транспортные белки или канальные белки могут облегчить транспорт сюда. Транспортные белки проходят через мембрану как туннель. Более мелкие полярные молекулы могут проходить через этот туннель под действием полярных аминокислот. Это также позволяет транспортировать небольшие заряженные ионы через туннель.

Другой вариант пассивного транспорта является результатом действия белков-переносчиков, которые специализируются на определенных молекулах. Когда молекула стыкуется, они меняют свою конформацию и переносят ее через мембрану.

В случае активного мембранного транспорта необходима подача энергии. Соответствующая молекула переносится против градиента концентрации или электрического градиента. Энергетические процессы возникают в результате гидролиза АТФ, накопления градиента заряда в форме электрического поля или увеличения энтропии за счет создания градиента концентрации.

Эндоцитоз или экзоцитоз доступны для веществ, которые вообще не могут проникнуть через мембрану. При эндоцитозе инвагинация биомембраны поглощает каплю жидкости и переносит ее в клетку. Это создает так называемую эндосому, которая переносит важные вещества в цитоплазму. Во время экзоцитоза продукты жизнедеятельности в цитоплазме переносятся наружу с помощью транспортных везикул, покрытых мембраной.

Болезни и недуги

Нарушения проницаемости мембран могут привести к различным болезненным состояниям. Изменения влияют на проницаемость различных ионов. Нарушения проницаемости мембран часто являются результатом сердечно-сосудистых заболеваний. Это может повлиять на баланс электролитов в организме.

Однако многие наследственные причины также вызывают нарушения проницаемости мембран. Различные белки участвуют в структуре мембраны и отвечают за правильное функционирование липидного бислоя. Генетические изменения в определенных белках ответственны, среди прочего, за изменения проницаемости мембран.

Одним из примеров является болезнь Myotonia congenita Thomsen. Это заболевание - генетическое нарушение мышечной функции. Мутировал ген, который кодирует хлоридные каналы мембран мышечных волокон. Проницаемость для хлорид-ионов снижается. Это приводит к более легкой деполяризации мышечных волокон, чем у здоровых людей. Увеличивается тенденция к сокращению мышц, что ощущается как скованность. Например, сжатый кулак можно открыть только с определенной задержкой. Глаза можно открыть только через 30 секунд после закрытия, что называется задержкой век.

Существуют также аутоиммунные заболевания, поражающие именно биомембраны. В этом контексте известен так называемый антифосфолипидный синдром (APS). При этом заболевании иммунная система организма направлена ​​против белков, которые связаны с фосфолипидами мембраны. Результат - повышенная свертываемость крови. Повышается вероятность сердечных приступов, инсультов и тромбоэмболии легочной артерии.

Нарушения проницаемости мембран также можно обнаружить при так называемых митохондриальных заболеваниях. В митохондриях энергия получается за счет сжигания углеводов, жиров и белков. Митохондрии - это клеточные органеллы, которые также окружены мембраной. На этих электростанциях в значительной степени генерируются свободные радикалы. Если они не будут захвачены, мембраны будут повреждены. Это сильно ограничивает функцию митохондрий. Однако причины снижения эффективности поглотителей радикалов разнообразны.