Membrán szállítás

A Membrán szállítás az anyagok átjutnak egy biológiai membránon, vagy aktívan átjutnak a membránokon keresztül. Az aktív szállítással ellentétben a diffúzió a legegyszerűbb membránszállítási út, és nem igényel további energiát. A membrán transzport rendellenességek számos különféle betegséggel társulnak.

Mi a membránszállítás?

A biomembránok olyan területeket vesznek körül, mint például a sejtek citoplazma, és így szabályozott régiót hoznak létre a külvilágtól viszonylag független környezettel. A sejteken belüli sajátos sejtkörnyezetet csak a külvilágtól való árnyékolás miatt lehet felépíteni és fenntartani.

A biomembrán kettős rétege foszfolipidekből áll, és csak a gázok és a kicsi, a legtöbb esetben nem töltött molekulák számára áteresztőképességű. A hidrofil poláris ionok és más bioaktív anyagok esetében a lipid kettős réteg megfelel egy akadálynak, amely további szállítási mechanizmusok leküzdéséhez szükséges.

A membránszállítás az anyagok biomembrán keresztüli áthaladásának felel meg. Két különféle elv játszik szerepet. Az első elv a diffúzió vagy a szabad permeáció, a második a szelektív tömegátvitel. Az egyszerű diffúzió mellett a funkcionális alapelvek, például a passzív transzport csatornafehérjéken vagy hordozófehérjékön keresztül és a transzmembrán transzport aktív transzportja is számítanak.

Az endocitózis, az exocitózis és a transzcitózis a membránt kiszorító transzporthoz tartozik. Mivel maguk a membrán-részek eltolódnak a membrán-kiszorító transzport során, a membrán áramlását itt is említik.

A membránszállítás támogatja a sejtek funkcióit és a sejtek kommunikációját a környezettel. A szelektív anyagcserét a szállítási mechanizmusok teszik lehetővé.

Funkció és feladat

A biomembrán lipid kettősrétegű vagy bimolekuláris lipidrétege megfelel a vizes kompartmentek közötti akadálynak extraplazmikus és citoplazmatikus tér formájában. Csak kis molekulák diffundálhatnak a kamrák között biomembránon keresztül, például ecetsav és víz. Nagyobb molekulák esetén a diffúziós sebesség viszonylag alacsony.

A membránok kis molekulákra való permeabilitását félpermeabilitásnak is nevezik, és ez képezi az ozmózis alapját. A jelenlegi feltevések szerint minden biomembrán folyadék szerkezetű, átmeneti szabálytalanságokkal a lipid kettős rétegben. A hidrofób tulajdonságú molekulák eloszlási együtthatójuknak köszönhetően a hidrofób membrán területén oldódnak. Még a nagyobb részecskék, például a szteroid hormonok is diffundálhatnak a membránok között.

Ezzel szemben a specifikus molekulák a membrán specifikus transzportját használják. A szállítási útvonalat transzlokátoroknak nevezett integrált membránszállító fehérjékhez kötik. A fajlagos szállítás szubsztrát-specifikus és telíthető. Ennek a szállítási útnak a transzlokátorjai olyan hordozókat tartalmaznak, amelyeket a szubsztrátummal megterheltek, és amelyek a membrán konformációs változását idézhetik elő annak töltése érdekében.

A viszonylag magas szállítási sebesség miatt minden membránban van állandó szállítási csatorna. A membrán transzportban funkcionális integrált membránfehérjék általában az oligomer szerkezeteknek felelnek meg. Specifikus szállítás esetén katalizált diffúzió alakul ki további energiafogyasztás vagy aktív energia-fogyasztás nélküli szállítás nélkül.

A katalizált diffúzió és az aktív transzport lehetőséget kínál arra, hogy egyetlen részecskét csak egyirányban szállítsunk, és két részecskét együtt szállítsunk ugyanabba az irányba vagy ellentétes irányba. A membrán transzportfehérjék útján végzett katalizált diffúzió csak a koncentráció kiegyenlítését követi az anyagok meglévő koncentráció-gradiens mentén a sejt két elemében. Az aktív szállításra mindig a koncentráció-gradiens ellenére kerül sor.

A külső biomembrán pórusait a hidrofil részecskék nem specifikus áthaladására használják. A biomembrán tényleges szállítási csatornája β-lemezekből áll. A membránszállítás nélkülözhetetlen a test minden funkciójához és szöveteihez, például az idegrendszerhez és a feszültségtől függő ioncsatornákhoz.

Betegségek és betegségek

A membránszállító rendszerek zavara súlyos sejtkárosodást, sőt szervkárosodást okozhat. A bélben vagy a vesében a membránszállítás rendellenességei például felszívódási és szekréciós rendellenességekből származnak.

A mitokondriopathiák például membránszállítás zavarokhoz vezetnek. Ebben az esetben az enzimrendszer befolyásolja, amely lehetővé teszi az energia előállítását oxidatív foszforilezéssel. Az ATP szintáz zavarai ebben az összefüggésben külön említést érdemelnek. Ez az enzim az egyik legfontosabb transzmembrán fehérje, amely például a protonszivattyún belül transzport enzim funkciót lát el. Az enzim katalizálja az egészséges testben az ATP-ellátást, és lehetővé teszi az energiatakarékos protonszállításot a protongradiens mentén, az ATP képződésével. Az ATP szintáz tehát az emberi szervezet egyik legfontosabb energiaátalakítója, és az energia egyik formáját átalakítja egy másikvá. A mitokondriopathiák a mitokondriális anyagcsere-folyamatok hibás működései, amelyek csökkent ATP szintézis-ellátást okoznak, és ezáltal csökkentik a test teljesítményét.

Ezenkívül minden transzporter fehérjét és enzimet végül befolyásolhatnak mutációk vagy transzkripciós hibák. A transzporter fehérjék genetikai anyagában a mutációk módosított formában hagyják az érintett fehérjéket, így a hatóanyag szállítása megnehezül. Ez a jelenség releváns például a vékonybél egyes betegségeiben.

A membrán áramlásának zavarai viszont sokféle betegséggel társíthatók. Például daganatokban az endocitózis gyakran nehezebb. A fertőzések vagy neurogeneratív betegségek szintén rendellenességeket okozhatnak. A gyengült járási képességgel és csökkent idegvezetési sebességgel rendelkező neuropathiák, valamint szenzoros rendellenességek a membrán áramlásának károsodása miatt kialakuló neurodegeneratív panaszok példái.

A mutációval összefüggő Huntington-kór neurogenikusan megzavarja a membrán áramlását is. Ezenkívül a toxinok gátolhatják a neurotranszmitterek exocitózist. A zavart exocitózis szintén az anyagcsere-betegségek, például a cisztás fibrózis alapja. A pinocytosis rendellenességei ma már olyan betegségekkel is társulnak, mint például az Alzheimer-kór.

A membránszállítás zavarainak nemcsak sok különböző oka lehet, hanem végül sok különböző tünethez és számosféle betegséghez vezethet.