Мембранен транспорт

В Мембранен транспорт вещества преминават през биологична мембрана или активно се транспортират през мембрани. За разлика от активния транспорт, дифузията е най-простият мембранен транспорт и не изисква допълнително осигуряване на енергия. Нарушенията в транспорта на мембраната са свързани с редица различни заболявания.

Какво е мембранен транспорт?

Биомембраните заграждат области като цитоплазмата на клетките и по този начин генерират контролиран регион със сравнително независима среда от външния свят. Специфичната клетъчна среда вътре в клетките може да бъде изградена и поддържана само поради екранирането от външния свят.

Двойният слой на биомембрана се състои от фосфолипиди и е пропусклив само за газове и малки, в повечето случаи незаредени молекули. За хидрофилните полярни йони и други биоактивни вещества липидният двуслоен отговаря на бариера, която изисква допълнителни транспортни механизми за преодоляване.

Мембранният транспорт съответства на преминаването на вещества през биомембрана. Тук играят роля два различни принципа. Първият принцип е дифузия или свободно просмукване, вторият е селективен масов транспорт. В допълнение към простата дифузия се отчитат и функционални принципи като пасивен транспорт през протеини на канала или протеини-носители и активен транспорт за трансмембранен транспорт.

Ендоцитозата, екзоцитозата и трансцитозата принадлежат към мембранно преместващия се транспорт. Тъй като самите части на мембраната са изместени по време на преместване на мембрана, понякога тук се споменава и мембранен поток.

Мембранният транспорт поддържа клетъчните функции и клетъчната комуникация с околната среда. Селективният обмен на вещества е възможен от транспортните механизми.

Функция и задача

Липидният двуслоен или бимолекуларен липиден слой на биомембрана съответства на бариера между водни отделения под формата на екстраплазменото и цитоплазменото пространство. Само малки молекули могат да дифундират между отделенията чрез биомембрана, например оцетна киселина, както и вода. За по-големите молекули скоростта на дифузия е сравнително ниска.

Пропускливостта на мембраните към малки молекули е известна още като полупропускливост и представлява основата на осмозата. Според настоящите предположения всяка биомембрана е течна структура с временни неравности в липидния двуслоен слой. Молекулите с хидрофобно свойство се разтварят през хидрофобната мембрана поради коефициента им на разпределение. Дори по-големи частици като стероидни хормони могат да дифундират през мембраните.

За разлика от тях, специфичните молекули използват специфичен транспорт на мембрана. Транспортният път е свързан с интегрални мембранни транспортни протеини, известни като транслокатори. Специфичният транспорт е специфичен за субстрата и наситен. Премествачите на този транспортен път включват носители, които са заредени със субстрата и които могат да доведат до конформационна промяна в мембраната, за да се въведе нейният заряд.

Поради относително високите скорости на транспорт, във всяка мембрана има постоянен транспортен канал. Интегралните мембранни протеини с функции в мембранния транспорт обикновено съответстват на олигомерни структури. В случай на специфичен транспорт се извършва катализирана дифузия без допълнително потребление на енергия или активен транспорт с консумация на енергия.

Катализирана дифузия и активен транспорт предлагат възможността само да се транспортира една частица еднопосочно и да се транспортират две частици заедно в една и съща посока или в противоположни посоки. Катализирана дифузия през мембранни транспортни протеини следва само изравняването на концентрацията по съществуващия концентрационен градиент на вещества между двете отделения на клетката. Активният транспорт винаги се извършва срещу градиента на концентрацията.

Порите на външната биомембрана се използват за неспецифичното преминаване на хидрофилни частици. Действителният транспортен канал на биомембрана се състои от β-листове. Мембранният транспорт е незаменим за всички телесни функции и тъкани в тялото, например за нервната система и нейните йон-зависими йонни канали.

Болести и неразположения

Нарушенията в мембранните транспортни системи могат да причинят силно увреждане на клетките и дори органна недостатъчност. В червата или бъбреците нарушенията на мембранния транспорт са резултат например от нарушения в абсорбцията и секрецията.

Митохондриопатиите например водят до нарушения в транспорта на мембраната. В този случай се влияе на ензимната система, която дава възможност да се генерира енергия чрез окислително фосфорилиране. Нарушенията на АТФ синтазата заслужават специално внимание в този контекст. Този ензим е един от най-важните трансмембранни протеини, който например поема функцията на транспортен ензим в протонната помпа. Ензимът катализира доставката на АТФ в здравото тяло и позволява енергоспестяващ транспорт на протони по протежение на протонния градиент с образуване на АТФ. Следователно ATP синтазата е един от най-важните енергийни преобразуватели в човешкия организъм и трансформира една форма на енергия в друга. Митохондриалните заболявания са нарушения на метаболитните процеси в митохондриите, които причиняват намалено снабдяване на синтеза на АТФ и по този начин намаляват работата на организма.

Освен това всички транспортьорни протеини и ензими могат в крайна сметка да бъдат засегнати от мутации или транскрипционни дефекти. Мутациите в генетичния материал на транспортиращите протеини оставят засегнатите протеини в модифицирана форма, така че транспортирането на активни вещества се затруднява. Това явление е от значение например при някои заболявания на тънките черва.

Нарушенията в мембранния поток могат от своя страна да са свързани с голямо разнообразие от заболявания. При тумори, например, ендоцитозата често е по-трудна. Инфекциите или неврогенеративните заболявания също могат да причинят нарушения в това отношение. Невропатии с нарушена способност за ходене и намалена скорост на нервна проводимост, както и сензорни разстройства са пример за невродегенеративни оплаквания, дължащи се на нарушен мембранен поток.

Мутационната болест на Хънтингтън също нарушава мембранния поток неврогенно. В допълнение, екзоцитозата на невротрансмитерите може да бъде възпрепятствана поради токсините. Нарушената екзоцитоза също е в основата на метаболитни заболявания като муковисцидоза. Нарушенията на пиноцитозата вече са свързани и със заболявания като Алцхаймер.

Нарушенията в мембранния транспорт могат не само да имат много различни причини, но в крайна сметка да доведат и до много различни симптоми и голямо разнообразие от заболявания.