POLOPROPUSTNÉ MEMBRÁNY: VLASTNOSTI, TRANSPORT, FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

Tyto polopropustné membrány, nazývané také „selektivně permeabilní“ jsou membrány, které umožňují průchod některých látek, ale brání průchodu druhé skrz. Tyto membrány mohou být přírodní nebo syntetické.

Přírodní membrány jsou membrány všech živých buněk, zatímco syntetické membrány, které mohou být přírodního původu (celulóza) nebo ne, jsou ty, které jsou syntetizovány pro různá použití.

Schematické znázornění semipermeabilní membrány (Zdroj: Adam Rędzikowski přes Wikimedia Commons)

Příkladem použitelnosti umělých nebo syntetických polopropustných membrán jsou membrány používané pro dialyzační přístroje pro ledviny nebo membrány používané pro filtraci směsí v průmyslu nebo při různých chemických procesech.

K průchodu látek semipermeabilní membránou dochází různými mechanismy. V buněčných a syntetických membránách to může nastat difúzí přes póry různých průměrů, které „vybírají“ podle velikosti látky, které procházejí membránou. Může se také stát, že látky vstupují difúzním rozpouštěním v membráně.

V živých buňkách může dojít k průchodu látek přes membrány pomocí transportérů, které působí pro nebo proti koncentračním gradientům látek. Gradientem je v tomto případě rozdíl koncentrace látky na obou stranách membrány.

Všechny buňky na Zemi mají membrány, které chrání a oddělují své vnitřní komponenty od vnějšího prostředí. Bez membrán nejsou buňky a bez buněk není život.

Protože tyto membrány jsou nejčastějším příkladem poloprůpustných membrán, bude na ně dále kladen zvláštní důraz.

vlastnosti

První studie k objasnění složek biologických membrán byly provedeny s použitím červených krvinek. V těchto studiích byla prokázána přítomnost dvojité vrstvy tvořící membrány a poté bylo zjištěno, že komponenty těchto vrstev byly lipidy a proteiny.

Všechny biologické membrány jsou tvořeny dvojitou lipidovou matricí, která má „zabudované“ různé typy proteinů.

Lipidová matrice buněčných membrán je tvořena nasycenými a nenasycenými mastnými kyselinami; ten dává membráně určitou tekutost.

Lipidy jsou uspořádány tak, že vytvářejí dvojvrstvu, ve kterém každý lipid, který má hydrofilní hlavu (která má afinitu k vodě) a jeden nebo dva hydrofobní zbytky (vodní fobie, odpuzuje vodu), mají uhlovodíkové zbytky. čelem k sobě ve středu struktury.

Fosfolipidy jsou nejhojnější lipidy, které tvoří biologické membrány. Mezi ně patří fosfatidylcholin, fosfatidylinositol, fosfatidylethanolamin a fosfatidylserin.

Příklad polopropustné biologické membrány (Zdroj: LadyofHats přes Wikimedia Commons)

Mezi membránové lipidy jsou také cholesterol a glykolipidy, všechny s amfipatickými vlastnostmi.

Proteiny semipermeabilní membrány jsou několika typů (některé z nich mohou mít enzymatickou aktivitu):

(1) ty, které tvoří iontové kanály nebo póry

(2) transportní proteiny

(3) proteiny, které vážou jednu buněčnou oblast k druhé a umožňují vytvoření tkání

(4) receptorové proteiny, které se vážou na intracelulární kaskády a

Doprava

V semipermeabilní biologické membráně může být transport proveden jednoduchou difúzí, usnadněnou difúzí, kotransportem, aktivním transportem a sekundárním aktivním transportem.

Jednoduchý difúzní transport

V tomto typu dopravy je energie, která pohybuje látkami přes membránu, rozdíl v koncentraci, která existuje pro tyto látky na obou stranách membrány.

Látky tak přecházejí ve více → méně smyslu, tj. Z místa, kde jsou koncentrovanější, do místa, kde jsou méně koncentrované.

K difúzi může dojít, protože látka je zředěna v membráně nebo prochází póry nebo kanály. Póry nebo kanály jsou dvou typů: ty, které jsou vždy otevřené a ty, které se otevírají a uzavírají, to znamená, že jsou dočasně otevřené.

Póry, které jsou přechodně otevřené postupně, mohou být (1) závislé na napětí, to znamená, že se otevírají v reakci na určité napětí a (2) závislé na ligandu, které se musí k vázání na určitou specifickou chemikálii otevírat.

Transport pomocí usnadněné difúze

V tomto případě transportér přesune látku, která má být transportována z jedné strany membrány na druhou. Tyto transportéry jsou membránové proteiny, které mohou být trvale na membráně nebo ve vesikulách, které k ní v případě potřeby fúzují.

Tito transportéry také pracují ve prospěch koncentračních gradientů látek, které transportují.

Tyto druhy dopravy nevyžadují spotřebu energie, a proto se nazývají pasivní přepravy, protože se vyskytují ve prospěch koncentračního gradientu.

Společná doprava

Dalším typem pasivního transportu přes polopropustné membrány je tzv. Cotransport. V tomto případě se koncentrační gradient jedné látky používá pro souběžný transport jiné látky proti jejímu gradientu.

Tento typ přepravy může být ve dvou formách: symport, kde jsou dvě látky transportovány ve stejném směru, a antisport, ve kterém je jedna látka transportována v jednom směru a druhá v opačném směru.

Aktivní transport membrány

Ty vyžadují energii a ty, které jsou známy, používají ATP, proto se nazývají ATPázy. Tyto transportéry s enzymatickou aktivitou hydrolyzují ATP, aby získaly energii potřebnou pro pohyb látek proti jejich koncentračnímu gradientu.

Jsou známy tři typy ATPáz:

Čerpadla Na + / K + a vápenatá čerpadla (ATPázy vápníku). Mají strukturu tvořenou a a ß podjednotkou zabudovanou do membrány.

ATPázy V a ATPázy F, které mají charakteristický tvar stonku tvořený několika podjednotkami a hlavou, která se otáčí kolem stonkových podjednotek.

ATPázy V slouží k pumpování vodíkových iontů proti koncentračnímu gradientu, například v žaludku a v lysozomech. V některých váčcích, jako jsou dopaminergní, existují vodíkové bomby tohoto typu, které pumpují H + do vezikul.

F ATPázy využívají gradientu H +, takže procházejí jeho strukturou a přijímají ADP a P a vytvářejí ATP, tj. Místo hydrolýzy ATP jej syntetizují. Ty se nacházejí v membránách mitochondrie.

Sekundární aktivní transport

Je to ten transport, který s využitím elektrochemického gradientu generovaného ATPázou přitahuje další látku proti gradientu. To znamená, že transport druhé látky proti jejím koncentračnímu gradientu není přímo spojen s použitím ATP transportní molekulou.

Funkce

V živých buňkách umožňuje přítomnost semipermeabilní membrány udržovat v nich koncentrace látek, které jsou zcela odlišné od koncentrací stejných látek v extracelulárním prostředí.

Navzdory těmto rozdílům v koncentraci a otevřeným kanálům nebo pórům pro určité látky však tyto molekuly neuniknou ani nevstoupí, ledaže jsou nutné nebo změněny určité podmínky.

Důvodem tohoto jevu je skutečnost, že existuje elektrochemická rovnováha, díky níž se rozdíly v koncentraci napříč membránami vyrovnávají s elektrickým gradientem generovaným difuzními ionty, což se děje, protože některé látky se nemohou dostat ven z buněk..

Reference

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Základní buněčná biologie. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. a Walter, P. (2008). Molekulární biologie buňky (5. vydání). New York: Garland Science, Taylor & Francis Group.
3. Berne, R., & Levy, M. (1990). Fyziologie. Mosby; Mezinárodní edice.
4. Fox, SI (2006). Human Physiology (9. ed.). New York, USA: McGraw-Hill Press.
5. Luckey, M. (2008). Strukturní biologie membrány: s biochemickými a biofyzikálními základy. Cambridge University Press.