Membraanide transport

Juures Membraanide transport ained läbivad bioloogilise membraani või transporditakse aktiivselt läbi membraanide. Erinevalt aktiivsest transpordist on difusioon lihtsaim membraanide transporditee ja ei vaja täiendavat energiat. Membraanide transpordihäired on seotud paljude erinevate haigustega.

Mis on membraanide transport?

Biomembraanid ümbritsevad selliseid piirkondi nagu rakkude tsütoplasma ja loovad seega välismaailmast suhteliselt sõltumatu miljööga kontrollitud piirkonna. Rakkude sisest spetsiifilist keskkonda saab üles ehitada ja säilitada ainult välismaailma varjestuse tõttu.

Biomembraani topeltkiht koosneb fosfolipiididest ja on oma olemuselt ainult gaaside ja väikeste, enamasti laadimata molekulide läbilaskevõimega. Hüdrofiilsete polaarsete ioonide ja muude bioaktiivsete ainete korral vastab lipiidide kahekihiline barjäär, mille ületamiseks on vaja täiendavaid transpordimehhanisme.

Membraani transport vastab ainete läbimisele läbi biomembraani. Siin mängivad rolli kaks erinevat põhimõtet. Esimene põhimõte on difusioon või vaba läbitungimine, teine ​​on selektiivne massitransport. Lisaks lihtsale difusioonile on olulised ka sellised funktsionaalsed põhimõtted nagu passiivne transport kanalivalkude või kandjavalkude kaudu ja aktiivne transport transmembraanse transpordi jaoks.

Endotsütoos, eksotsütoos ja transtsütoos kuuluvad membraani nihutavasse transporti. Kuna membraani osad ise nihkub membraani nihkuva transpordi ajal, mainitakse siin mõnikord ka membraani voogu.

Membraani transport toetab rakkude funktsioone ja rakkude suhtlust keskkonnaga. Massi valikuline ülekandmine on võimalik tänu transpordimehhanismidele.

Funktsioon ja ülesanne

Biomembraani lipiidne kahekihiline või bimolekulaarne lipiidikiht vastab veepõhiste sektsioonide vahelisele barjäärile ekstraplastilise ja tsütoplasmaatilise ruumi kujul. Ainult väikesed molekulid, näiteks äädikhape ja vesi, võivad diferentseeruda sektsioonide vahel asuvas biomembraanis. Suuremate molekulide difusioonikiirus on suhteliselt madal.

Väikeste molekulide membraanide läbilaskvust nimetatakse ka poolläbilaskvuseks ja see moodustab osmoosi aluse. Praeguste eelduste kohaselt on iga biomembraan vedelikstruktuur, millel on lipiidide kaksikkihis ajutised ebakorrapärasused. Hüdrofoobsete omadustega molekulid lahustuvad hüdrofoobse membraani piirkonnas nende jaotuskoefitsiendi tõttu. Isegi suuremad osakesed nagu steroidhormoonid võivad membraanides hajuda.

Seevastu spetsiifilised molekulid kasutavad spetsiifilist membraanitransporti. Transpordi tee on seotud integraalsete membraanitranspordi valkudega, mida tuntakse translokaatoritena. Konkreetne transport on substraadispetsiifiline ja küllastunud. Selle transporditee translokaatorite hulka kuuluvad kandjad, mis on koormatud substraadiga ja mis võivad põhjustada membraani konformatsioonilisi muutusi, et viia selle laeng sisse.

Suhteliselt kõrgete transpordikiiruste tõttu on igas membraanis püsiv transpordikanal. Membraani transpordi funktsioonidega integreeritud membraani valgud vastavad tavaliselt oligomeersetele struktuuridele. Spetsiifilise transpordi korral toimub katalüüsitud difusioon ilma täiendava energiatarbimiseta või energiatarbimisega aktiivne transport.

Katalüüsitud difusioon ja aktiivne transport pakuvad võimalust transportida ainult üks osake ühesuunaliselt ja kaks osakest koos ühes või samas suunas. Katalüüsitud difusioon membraani transpordiproteiinide kaudu toimub ainult kontsentratsiooni võrdsustamisel raku kahe sektsiooni vahelise olemasoleva kontsentratsioonigradiendi korral. Aktiivne transport toimub alati kontsentratsioonigradiendi taustal.

Välimise biomembraani poore kasutatakse hüdrofiilsete osakeste mittespetsiifiliseks läbimiseks. Biomembraani tegelik transpordikanal koosneb β-lehtedest. Membraani transport on asendamatu kõigi keha funktsioonide ja kudede jaoks, näiteks närvisüsteemi ja selle pingest sõltuvate ioonikanalite jaoks.

Haigused ja tervisehäired

Membraanide transpordisüsteemide häired võivad põhjustada tõsiseid rakkude kahjustusi ja isegi elundi rikkeid. Soolestikus või neerudes tekivad membraanitranspordi häired näiteks imendumise ja sekretsiooni häirete tõttu.

Mitokondriopaatiad põhjustavad näiteks membraanide transpordihäireid. Sel juhul mõjutatakse ensüümsüsteemi, mis võimaldab energiat genereerida oksüdatiivse fosforüülimise abil. Selles kontekstis väärivad erilist tähelepanu ATP süntaasi häired. See ensüüm on üks tähtsamaid transmembraanseid valke, mis prootonpumbris näiteks täidab transportensüümi funktsiooni. Ensüüm katalüüsib ATP varustamist terves kehas ja võimaldab prootonite energiatõhusat transporti piki prootonigradienti koos ATP moodustumisega. ATP süntaas on seetõttu üks olulisemaid energiamuundjaid inimorganismis ja muudab ühe energiavormi teiseks. Mitokondriaalsed haigused on mitokondrite ainevahetusprotsesside talitlushäired, mis põhjustavad ATP sünteesi vähenemist ja vähendavad seega keha jõudlust.

Lisaks võivad mutatsioonid või transkriptsiooni defektid mõjutada kõiki transportervalke ja ensüüme. Transpordivalkude geneetilise materjali mutatsioonid jätavad mõjutatud valgud modifitseeritud kujul, nii et toimeaine transportimine on raskendatud. See nähtus on asjakohane näiteks mõne peensoolehaiguse korral.

Membraanivoolu häired võivad omakorda olla seotud paljude erinevate haigustega. Näiteks kasvajate puhul on endotsütoos sageli raskem. Infektsioonid või neurogeneratiivsed haigused võivad sellega seoses ka häireid põhjustada. Häiritud membraanivoolu tõttu põhjustatud neuropageneratiivsete kaebuste näideteks on kahjustatud kõndimisvõimega ja vähenenud närvijuhtivuse kiirusega neuropaatiad ning sensoorsed häired.

Mutatsioonidega seotud Huntingtoni tõbi häirib membraani voogu ka neurogeenselt. Lisaks võib toksiinide tõttu pärssida neurotransmitterite eksotsütoosi. Häiritud eksotsütoos on ka metaboolsete haiguste, näiteks tsüstilise fibroosi aluseks. Pinotsütoosi häired on nüüd seotud ka selliste haigustega nagu Alzheimeri tõbi.

Membraanitranspordi häiretel ei saa olla ainult palju erinevaid põhjuseid, vaid need võivad lõpuks põhjustada ka palju erinevaid sümptomeid ja mitmesuguseid haigusi.