Мембранный транспорт

На Мембранный транспорт вещества проходят через биологическую мембрану или активно переносятся через мембраны. В отличие от активного транспорта, диффузия является самым простым путем мембранного транспорта и не требует дополнительной энергии. Нарушения мембранного транспорта связаны с множеством различных заболеваний.

Что такое мембранный транспорт?

Биомембраны охватывают такие области, как цитоплазма клеток, и таким образом создают контролируемую область с относительно независимой средой от внешнего мира. Специфическая клеточная среда внутри клеток может быть создана и поддержана только за счет защиты от внешнего мира.

Двойной слой биомембраны состоит из фосфолипидов и проницаем только для газов и небольших, в большинстве случаев незаряженных молекул. Для гидрофильных полярных ионов и других биоактивных веществ липидный бислой соответствует барьеру, для преодоления которого требуются дополнительные транспортные механизмы.

Мембранный транспорт соответствует прохождению веществ через биомембрану. Здесь играют роль два разных принципа. Первый принцип - это диффузия или свободное проникновение, второй - избирательный массоперенос. Помимо простой диффузии, также учитываются функциональные принципы, такие как пассивный транспорт через канальные белки или белки-носители и активный транспорт для трансмембранного транспорта.

Эндоцитоз, экзоцитоз и трансцитоз относятся к мембранно-вытесняющему транспорту. Поскольку сами части мембраны смещаются при перемещении мембраны, здесь иногда также упоминается мембранный поток.

Мембранный транспорт поддерживает клеточные функции и связь клетки с окружающей средой. Селективный обмен веществ возможен благодаря транспортным механизмам.

Функция и задача

Липидный бислой или бимолекулярный липидный слой биомембраны соответствует барьеру между водными компартментами в виде экстраплазматического и цитоплазматического пространства. Только небольшие молекулы могут диффундировать через биомембрану между отсеками, например, уксусная кислота, а также вода. Для более крупных молекул скорость диффузии относительно низкая.

Проницаемость мембран для малых молекул, также известная как полупроницаемость, составляет основу осмоса. Согласно текущим предположениям, каждая биомембрана представляет собой жидкую структуру с временными неровностями внутри липидного бислоя. Молекулы с гидрофобными свойствами растворяются через область гидрофобной мембраны из-за их коэффициента распределения. Даже более крупные частицы, такие как стероидные гормоны, могут диффундировать через мембраны.

Напротив, определенные молекулы используют особый мембранный транспорт. Транспортный путь связан с интегральными мембранными транспортными белками, известными как транслокаторы. Специфический транспорт зависит от субстрата и является насыщаемым. Транслокаторы этого транспортного пути включают носители, которые загружены субстратом и могут вызывать конформационные изменения в мембране, чтобы ввести ее заряд.

Из-за относительно высокой скорости транспортировки в каждой мембране имеется постоянный транспортный канал. Интегральные мембранные белки с функциями мембранного транспорта обычно соответствуют олигомерным структурам. В случае специфического транспорта происходит каталитическая диффузия без дополнительных затрат энергии или активный транспорт с потреблением энергии.

Катализированная диффузия и активный перенос дают возможность однонаправленно транспортировать только одну частицу и транспортировать две частицы вместе в одном направлении или в противоположных направлениях. Катализированная диффузия через мембранные транспортные белки следует только за выравниванием концентрации по существующему градиенту концентрации веществ между двумя компартментами клетки. Активный транспорт всегда происходит против градиента концентрации.

Поры внешней биомембраны используются для неспецифического прохождения гидрофильных частиц. Фактический транспортный канал биомембраны состоит из β-листов. Мембранный транспорт необходим для всех функций организма и тканей в организме, например, для нервной системы и ее потенциалзависимых ионных каналов.

Болезни и недуги

Нарушения в мембранных транспортных системах могут вызвать серьезное повреждение клеток и даже отказ органа. В кишечнике или почках нарушения мембранного транспорта являются результатом, например, нарушений всасывания и секреции.

Например, митохондриопатии приводят к нарушениям мембранного транспорта. В этом случае затрагивается ферментная система, которая позволяет генерировать энергию посредством окислительного фосфорилирования. В этом контексте особенно примечательны нарушения АТФ-синтазы. Этот фермент является одним из важнейших трансмембранных белков, который, например, берет на себя функцию транспортного фермента в протонном насосе. Фермент катализирует поступление АТФ в здоровое тело и обеспечивает энергоэффективный транспорт протонов по протонному градиенту с образованием АТФ. Таким образом, АТФ-синтаза является одним из наиболее важных преобразователей энергии в организме человека и преобразует одну форму энергии в другую. Митохондриальные заболевания - это нарушения митохондриальных метаболических процессов, которые вызывают снижение синтеза АТФ и, таким образом, снижают работоспособность организма.

Кроме того, все белки-переносчики и ферменты в конечном итоге могут быть затронуты мутациями или дефектами транскрипции. Мутации в генетическом материале белков-переносчиков оставляют пораженные белки в модифицированной форме, так что транспорт активного вещества затрудняется. Это явление актуально, например, при некоторых заболеваниях тонкой кишки.

Нарушения мембранного кровотока, в свою очередь, могут быть связаны с самыми разными заболеваниями. В опухолях, например, эндоцитоз часто протекает сложнее. Инфекции или нейрогенеративные заболевания также могут вызывать нарушения в этом отношении. Невропатии с нарушением способности ходить и сниженной скоростью нервной проводимости, а также сенсорные расстройства являются примером нейродегенеративных жалоб из-за нарушения мембранного кровотока.

Связанная с мутациями болезнь Хантингтона также нейрогенно нарушает мембранный кровоток. Кроме того, экзоцитоз нейромедиаторов может быть затруднен из-за токсинов. Нарушенный экзоцитоз также является основой метаболических заболеваний, таких как муковисцидоз. Нарушения пиноцитоза теперь также связаны с такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера.

Нарушения мембранного транспорта могут иметь не только множество различных причин, но в конечном итоге также приводить к множеству различных симптомов и широкому спектру заболеваний.