Membrānas transportēšana

Pie Membrānas transportēšana vielas iziet caur bioloģisko membrānu vai tiek aktīvi transportētas caur membrānām. Pretstatā aktīvajam transportam difūzija ir vienkāršākais membrānas transportēšanas ceļš, un tai nav nepieciešama papildu enerģija. Membrānas transporta traucējumi ir saistīti ar daudzām dažādām slimībām.

Kas ir membrānas transportēšana?

Biomembrānas ieskauj tādas zonas kā šūnu citoplazma un tādējādi rada kontrolētu reģionu ar samērā neatkarīgu vidi no ārpasaules. Specifisko šūnu vidi šūnās var izveidot un uzturēt tikai tāpēc, ka tiek pasargāti no ārpasaules.

Biomembrānas dubultā slānis sastāv no fosfolipīdiem, un tas ir caurlaidīgs tikai gāzēm un mazām, vairumā gadījumu neuzlādētām molekulām. Hidrofīlajiem polārajiem joniem un citām bioaktīvām vielām lipīdu divslānis atbilst barjerai, kuras pārvarēšanai nepieciešami papildu transporta mehānismi.

Membrānas transports atbilst vielu caurlaidībai caur biomembrānu. Šeit spēlē lomu divi dažādi principi. Pirmais princips ir difūzija vai brīva caurlaidība, otrais ir selektīva masas pārnešana. Papildus vienkāršai difūzijai tiek ņemti vērā arī tādi funkcionālie principi kā pasīva transportēšana caur kanāla olbaltumvielām vai nesējproteīniem un aktīvs transports transmembrānas transportēšanai.

Endocitoze, eksocitoze un transcitoze pieder pie membrānu pārvietojošā transporta. Tā kā membrānas daļas pārvietojas membrānas pārvietošanas laikā, šeit dažreiz tiek pieminēta arī membrānas plūsma.

Membrānas transports atbalsta šūnu funkcijas un šūnu komunikāciju ar vidi. Materiālu selektīvu apmaiņu nodrošina transporta mehānismi.

Funkcija un uzdevums

Biomembrānas lipīdu divslāņu vai bimolekulārā lipīdu slānis atbilst barjerai starp ūdens nodalījumiem ekstraplasmiskās un citoplazmatiskās telpas formā. Tikai nelielas molekulas var izkliedēties starp nodalījumiem caur biomembrānu, piemēram, etiķskābi, kā arī ūdeni. Lielākām molekulām difūzijas ātrums ir salīdzinoši zems.

Membrānu caurlaidība mazām molekulām ir pazīstama arī kā puscaurlaidība un veido osmozes pamatu. Saskaņā ar pašreizējiem pieņēmumiem, katra biomembrāna ir šķidruma struktūra ar īslaicīgiem pārkāpumiem lipīdu divslāņu slānī. Molekulas ar hidrofobām īpašībām izšķīst caur hidrofobās membrānas zonu to sadalījuma koeficienta dēļ. Pat lielākas daļiņas, piemēram, steroīdu hormoni, var izkliedēties pa membrānām.

Turpretī īpašas molekulas izmanto īpašu membrānas transportu. Transportēšanas ceļš ir saistīts ar integrāliem membrānas transporta proteīniem, kas pazīstami kā translokatori. Konkrētais transports ir specifisks substrātam un piesātināts. Šī transporta ceļa translokatori ietver nesējus, kuri ir piekrauti ar pamatni un kas var izraisīt membrānas konformācijas izmaiņas, lai ieviestu tā lādiņu.

Relatīvi augsto pārvadāšanas ātrumu dēļ katrā membrānā ir pastāvīgs transporta kanāls. Integrētie membrānas proteīni ar funkcijām membrānas transportā parasti atbilst oligomērām struktūrām. Konkrēta transporta gadījumā notiek katalizēta difūzija bez papildu enerģijas patēriņa vai aktīva transporta ar enerģijas patēriņu.

Katalizētā difūzija un aktīvā transportēšana piedāvā iespēju transportēt tikai vienu daļiņu vienvirziena un transportēt divas daļiņas vienā un tajā pašā virzienā vai pretējos virzienos. Katalizētā difūzija caur membrānas transporta olbaltumvielām notiek tikai pēc koncentrācijas izlīdzināšanas pa esošo vielu koncentrācijas gradientu starp abiem šūnas nodalījumiem. Aktīvais transports vienmēr notiek pret koncentrācijas gradientu.

Biofembrānas ārējās poras tiek izmantotas hidrofilu daļiņu nespecifiskai caurbraukšanai. Biomembrānas faktiskais transportēšanas kanāls sastāv no β loksnēm. Membrānas transports ir neaizstājams visām ķermeņa funkcijām un audiem, piemēram, nervu sistēmai un no tās sprieguma atkarīgajiem jonu kanāliem.

Slimības un kaites

Traucējumi membrānas transporta sistēmās var izraisīt nopietnus šūnu bojājumus un pat orgānu mazspēju. Zarnās vai nierēs membrānas transportēšanas traucējumi rodas, piemēram, absorbcijas un sekrēcijas traucējumu dēļ.

Mitohondriopātijas, piemēram, noved pie membrānas transporta traucējumiem. Šajā gadījumā tiek ietekmēta fermentu sistēma, kas ļauj enerģiju ražot ar oksidatīvas fosforilēšanas palīdzību. ATP sintāzes traucējumi šajā kontekstā ir īpaši jāpiemin. Šis ferments ir viens no vissvarīgākajiem transmembranālajiem proteīniem, kas, piemēram, protonu sūknī uzņemas transporta enzīma funkciju. Ferments katalizē ATP piegādi veselīgam ķermenim un nodrošina enerģijas taupīšanas protonu transportēšanu gar protonu gradientu ar ATP veidošanos. Tāpēc ATP sintāze ir viens no vissvarīgākajiem enerģijas pārveidotājiem cilvēka organismā un pārveido vienu enerģijas veidu citā. Mitohondriopātijas ir mitohondriju metabolisma procesu darbības traucējumi, kas izraisa samazinātu ATP sintēzes piegādi un tādējādi samazina ķermeņa darbību.

Turklāt mutācijas vai transkripcijas defekti galu galā var ietekmēt visus transportētāja proteīnus un fermentus. Transportieru olbaltumvielu ģenētiskās mutācijas ietekmē skartos proteīnus atstāj modificētā veidā, tāpēc tiek apgrūtināta aktīvās vielas transportēšana. Šī parādība ir būtiska, piemēram, dažām tievās zarnas slimībām.

Traucējumi membrānas plūsmā, savukārt, var būt saistīti ar visdažādākajām slimībām. Piemēram, audzējos endocitoze bieži ir grūtāka. Infekcijas vai neiroģeneratīvas slimības šajā sakarā var izraisīt arī traucējumus. Neiropatiņas ar traucētām staigāšanas spējām un samazinātu nervu vadīšanas ātrumu, kā arī maņu traucējumi ir neirodeģeneratīvu sūdzību piemērs, ja ir traucēta membrānas plūsma.

Ar mutācijām saistītā Hantingtona slimība neiroģenētiski traucē arī membrānas plūsmu. Turklāt toksīnu dēļ var tikt kavēta neirotransmiteru eksocitoze. Traucēta eksocitoze ir arī metabolisma slimību, piemēram, cistiskās fibrozes, pamats. Pinocitozes traucējumi tagad ir saistīti arī ar tādām slimībām kā Alcheimera slimība.

Membrānas transporta traucējumiem var būt ne tikai daudz dažādu iemeslu, bet galu galā arī daudz dažādu simptomu un ļoti dažādu slimību rašanās.