Membrantransport

Vid Membrantransport ämnen passerar genom ett biologiskt membran eller transporteras aktivt genom membran. Till skillnad från aktiv transport är diffusion den enklaste membrantransportvägen och kräver ingen extra energi. Membrantransportstörningar är förknippade med en mängd olika sjukdomar.

Vad är membrantransport?

Biomembraner innesluter områden som cytoplasma av celler och genererar därmed en kontrollerad region med en relativt oberoende miljö från omvärlden. Den specifika cellmiljön inuti celler kan bara byggas upp och underhållas på grund av avskärmningen från omvärlden.

Det dubbla skiktet av ett biomembran består av fosfolipider och är endast genomträngligt för gaser och små, i de flesta fall oladdade molekyler. För hydrofila polära joner och andra bioaktiva ämnen motsvarar lipiddubbskiktet en barriär, som ytterligare transportmekanismer krävs för att övervinna.

Membrantransport motsvarar ämnets passage genom ett biomembran. Två olika principer spelar en roll här. Den första principen är diffusion eller fri permeation, den andra är selektiv massöverföring. Förutom enkel diffusion räknas också funktionella principer såsom passiv transport genom kanalproteiner eller bärarproteiner och aktiv transport för transmembrantransport.

Endocytos, exocytos och transcytos tillhör den membranförskjutande transporten. Eftersom membrandelarna själva förskjuts under membranförskjutande transport nämns ibland även ett membranflöde.

Membrantransport stöder cellfunktioner och cellkommunikation med miljön. Selektivt materialutbyte möjliggörs av transportmekanismerna.

Funktion & uppgift

Lipid-tvåskiktet eller det bimolekylära lipidskiktet i ett biomembran motsvarar en barriär mellan vattenhaltiga fack i form av det extraplasmiska och cytoplasmiska utrymmet. Endast små molekyler kan diffundera mellan facken genom ett biomembran, till exempel ättiksyra och vatten. För större molekyler är diffusionshastigheten relativt låg.

Permeabiliteten hos membran för små molekyler är också känd som semipermeability och utgör grunden för osmos. Enligt nuvarande antaganden är varje biomembran en vätskestruktur med tillfälliga oregelbundenheter i lipid-tvåskiktet. Molekyler med en hydrofob egenskap upplöses genom det hydrofoba membranområdet på grund av deras distributionskoefficient. Även större partiklar som steroidhormoner kan diffundera över membranen.

Däremot använder specifika molekyler specifik membrantransport. Transportvägen är bunden till integrerade membrantransportproteiner kända som translocatorer. Den specifika transporten är substratspecifik och mättbar. Translocatorerna för denna transportväg inkluderar bärare som är belastade med substratet och som kan åstadkomma en konformationell förändring i membranet för att införa dess laddning.

På grund av de relativt höga transporthastigheterna finns det en permanent transportkanal i varje membran. De integrerade membranproteinerna med funktioner i membrantransport motsvarar vanligtvis oligomera strukturer. Vid specifik transport sker katalyserad diffusion utan ytterligare energiförbrukning eller aktiv transport med energiförbrukning.

Katalyserad diffusion och aktiv transport erbjuder möjligheten att endast transportera en enda partikel i en riktning och transportera två partiklar tillsammans i samma riktning eller i motsatta riktningar. Katalyserad diffusion genom membrantransportproteiner följer endast koncentrationsutjämningen längs den befintliga koncentrationsgradienten av ämnen mellan de två facken i cellen. Aktiv transport sker alltid mot koncentrationsgradienten.

Porer i det yttre biomembranet används för den ospecifika passagen av hydrofila partiklar. Den faktiska transportkanalen för ett biomembran består av ß-ark. Membrantransport är nödvändig för alla kroppsfunktioner och vävnader i kroppen, till exempel för nervsystemet och dess spänningsberoende jonkanaler.

Sjukdomar och sjukdomar

Störningar i membrantransportsystemen kan orsaka allvarlig cellskada och till och med organsvikt. Inuti tarmen eller njurarna orsakas störningar i membrantransporten till exempel från absorptions- och sekretionsstörningar.

Mitokondriopatier leder till exempel till membrantransportstörningar. I detta fall påverkas enzymsystemet, vilket gör det möjligt att generera energi genom oxidativ fosforylering. Störningar av ATP-syntas förtjänar särskilt omnämnande i detta sammanhang. Detta enzym är ett av de viktigaste transmembranproteinerna som till exempel tar funktionen av ett transportenzym i protonpumpen. Enzymet katalyserar tillförseln av ATP i den friska kroppen och möjliggör energibesparande protontransport längs protongradienten med ATP-bildning. ATP-syntas är därför en av de viktigaste energiomvandlarna i den mänskliga organismen och omvandlar en form av energi till en annan. Mitokondriella sjukdomar är störningar i de mitokondriella metaboliska processerna som orsakar en minskad tillgång av ATP-syntes och därmed minskar kroppens prestanda.

Dessutom kan alla transporterproteiner och enzymer i slutändan påverkas av mutationer eller transkriptionsdefekter. Mutationer i det genetiska materialet i transporterproteiner lämnar de drabbade proteinerna i en modifierad form så att transport av aktiv substans blir svårare. Detta fenomen är t.ex. relevant för vissa sjukdomar i tunntarmen.

Störningar i membranflödet kan i sin tur förknippas med en mängd olika sjukdomar. I tumörer är till exempel endocytos ofta svårare. Infektioner eller neurogenerativa sjukdomar kan också orsaka störningar i detta avseende. Neuropatier med nedsatt gångförmåga och reducerad nervledningshastighet samt sensoriska störningar är ett exempel på neurodegenerativa klagomål på grund av störd membranflöde.

Den mutationsrelaterade Huntingtons sjukdom stör också membranflödet neurogent. Dessutom kan neurotransmittorns exocytos hindras på grund av toxiner. Stört exocytos är också basen för metaboliska sjukdomar såsom cystisk fibros. Störningar av pinocytos är nu också förknippade med sjukdomar som Alzheimers.

Störningar i membrantransporten kan inte bara ha många olika orsaker, utan i slutändan också leda till många olika symtom och en mängd olika sjukdomar.