Μεταφορά μεμβρανών

Στο Μεταφορά μεμβρανών ουσίες διέρχονται μέσω βιολογικής μεμβράνης ή μεταφέρονται ενεργά μέσω μεμβρανών. Σε αντίθεση με την ενεργή μεταφορά, η διάχυση είναι η απλούστερη οδός μεταφοράς μεμβράνης και δεν απαιτεί επιπλέον ενέργεια. Οι διαταραχές μεταφοράς μεμβρανών σχετίζονται με μια ποικιλία διαφορετικών ασθενειών.

Τι είναι η μεταφορά μεμβράνης;

Οι βιομεμβράνες περικλείουν περιοχές όπως το κυτταρόπλασμα των κυττάρων και έτσι δημιουργούν μια ελεγχόμενη περιοχή με σχετικά ανεξάρτητο περιβάλλον από τον έξω κόσμο. Το συγκεκριμένο κυτταρικό περιβάλλον μέσα στα κελιά μπορεί να δημιουργηθεί και να διατηρηθεί μόνο λόγω της προστασίας από τον έξω κόσμο.

Το διπλό στρώμα μιας βιομεμβράνης αποτελείται από φωσφολιπίδια και είναι διαπερατό μόνο σε αέρια και μικρά, στις περισσότερες περιπτώσεις μόρια που δεν έχουν φορτιστεί. Για υδρόφιλα πολικά ιόντα και άλλες βιοδραστικές ουσίες, η διπλή στιβάδα λιπιδίων αντιστοιχεί σε ένα φράγμα, το οποίο απαιτούνται επιπλέον μηχανισμοί μεταφοράς.

Η μεταφορά μεμβράνης αντιστοιχεί στη διέλευση ουσιών μέσω μιας βιομεμβράνης. Δύο διαφορετικές αρχές παίζουν ρόλο εδώ. Η πρώτη αρχή είναι η διάχυση ή η ελεύθερη διείσδυση, η δεύτερη είναι η επιλεκτική μεταφορά μάζας. Εκτός από την απλή διάχυση, μετράνε επίσης λειτουργικές αρχές όπως η παθητική μεταφορά μέσω πρωτεϊνικών καναλιών ή πρωτεϊνών φορέα και η ενεργή μεταφορά για διαμεμβρανική μεταφορά.

Η ενδοκύτωση, η εξωκυττάρωση και η transcytosis ανήκουν στη μεταφορά που μετατοπίζει τη μεμβράνη. Δεδομένου ότι τα ίδια τα μέρη της μεμβράνης μετατοπίζονται κατά τη μεταφορά μετατόπισης μεμβράνης, μερικές φορές αναφέρεται επίσης μια ροή μεμβράνης.

Η μεταφορά μεμβρανών υποστηρίζει τις λειτουργίες των κυττάρων και την επικοινωνία των κυττάρων με το περιβάλλον. Η ανταλλαγή επιλεκτικών υλικών καθίσταται δυνατή από τους μηχανισμούς μεταφοράς.

Λειτουργία & εργασία

Η στιβάδα λιπιδίων διπλής στιβάδας ή διμοριακού λιπιδίου μιας βιομεμβράνης αντιστοιχεί σε ένα φράγμα μεταξύ υδατικών διαμερισμάτων με τη μορφή του εξωπλασμικού και κυτταροπλασματικού χώρου. Μόνο μικρά μόρια μπορούν να διαχέονται μεταξύ των διαμερισμάτων μέσω μιας βιομεμβράνης, για παράδειγμα οξικού οξέος καθώς και νερού. Για μεγαλύτερα μόρια ο ρυθμός διάχυσης είναι σχετικά χαμηλός.

Η διαπερατότητα των μεμβρανών σε μικρά μόρια είναι επίσης γνωστή ως ημιπερατότητα και αποτελεί τη βάση της όσμωσης. Σύμφωνα με τις τρέχουσες υποθέσεις, κάθε βιομεμβράνη είναι μια υγρή δομή με προσωρινές ανωμαλίες εντός της λιπιδικής διπλής στιβάδας. Μόρια με υδρόφοβη ιδιότητα διαλύονται μέσω της υδρόφοβης μεμβράνης λόγω του συντελεστή κατανομής τους. Ακόμα μεγαλύτερα σωματίδια όπως οι στεροειδείς ορμόνες μπορούν να διαχέονται σε μεμβράνες.

Αντιθέτως, συγκεκριμένα μόρια χρησιμοποιούν συγκεκριμένη μεταφορά μεμβράνης. Η οδός μεταφοράς συνδέεται με ολοκληρωμένες πρωτεΐνες μεταφοράς μεμβράνης γνωστές ως μετατοπιστές. Η συγκεκριμένη μεταφορά είναι ειδική για το υπόστρωμα και κορεσμένη. Οι μεταφραστές αυτής της διαδρομής μεταφοράς περιλαμβάνουν φορείς που είναι φορτωμένοι με το υπόστρωμα και που μπορούν να επιφέρουν αλλαγή διαμόρφωσης στη μεμβράνη προκειμένου να εισαχθεί το φορτίο της.

Λόγω των σχετικά υψηλών ποσοστών μεταφοράς, υπάρχει ένα μόνιμο κανάλι μεταφοράς σε κάθε μεμβράνη. Οι ενσωματωμένες πρωτεΐνες μεμβράνης με λειτουργίες στη μεταφορά μεμβράνης αντιστοιχούν συνήθως σε ολιγομερείς δομές. Στην περίπτωση συγκεκριμένων μεταφορών, υπάρχει καταλυόμενη διάχυση χωρίς επιπλέον κατανάλωση ενέργειας ή ενεργή μεταφορά με κατανάλωση ενέργειας.

Η καταλυόμενη διάχυση και η ενεργή μεταφορά προσφέρουν τη δυνατότητα μεταφοράς ενός μόνο σωματιδίου μονοκατευθυντικά και μεταφοράς δύο σωματιδίων μαζί στην ίδια κατεύθυνση ή σε αντίθετες κατευθύνσεις. Η καταλυόμενη διάχυση μέσω πρωτεϊνών μεταφοράς μεμβράνης ακολουθεί μόνο την εξίσωση συγκέντρωσης κατά μήκος της υπάρχουσας βαθμίδας συγκέντρωσης ουσιών μεταξύ των δύο διαμερισμάτων του κυττάρου. Η ενεργή μεταφορά πραγματοποιείται πάντα ενάντια στη βαθμίδα συγκέντρωσης.

Οι πόροι της εξωτερικής βιομεμβράνης χρησιμοποιούνται για τη μη ειδική διέλευση υδρόφιλων σωματιδίων. Το πραγματικό κανάλι μεταφοράς μιας βιομεμβράνης αποτελείται από β-φύλλα. Η μεταφορά μεμβρανών είναι απαραίτητη για όλες τις σωματικές λειτουργίες και τους ιστούς του σώματος, για παράδειγμα για το νευρικό σύστημα και τα κανάλια ιόντων που εξαρτώνται από την τάση.

Ασθένειες και παθήσεις

Οι διαταραχές στα συστήματα μεταφοράς μεμβράνης μπορούν να προκαλέσουν σοβαρή βλάβη των κυττάρων και ακόμη και αστοχία οργάνων. Εντός του εντέρου ή των νεφρών, διαταραχές της μεταφοράς μεμβράνης προκύπτουν, για παράδειγμα, από διαταραχές απορρόφησης και έκκρισης.

Οι μιτοχονδροπάθειες, για παράδειγμα, οδηγούν σε διαταραχές μεταφοράς μεμβράνης. Σε αυτήν την περίπτωση, επηρεάζεται το ενζυμικό σύστημα, το οποίο επιτρέπει την παραγωγή ενέργειας μέσω οξειδωτικής φωσφορυλίωσης. Οι διαταραχές της συνθετάσης ΑΤΡ αξίζουν ιδιαίτερη αναφορά σε αυτό το πλαίσιο. Αυτό το ένζυμο είναι μία από τις σημαντικότερες διαμεμβρανικές πρωτεΐνες που, για παράδειγμα, αναλαμβάνουν τη λειτουργία ενός ενζύμου μεταφοράς εντός της αντλίας πρωτονίων. Το ένζυμο καταλύει την παροχή ATP στο υγιές σώμα και επιτρέπει τη μεταφορά πρωτονίων εξοικονόμησης ενέργειας κατά μήκος της διαβάθμισης πρωτονίων με σχηματισμό ATP. Η συνθετάση ΑΤΡ είναι επομένως ένας από τους σημαντικότερους μετατροπείς ενέργειας στον ανθρώπινο οργανισμό και μετατρέπει μια μορφή ενέργειας σε άλλη. Οι μιτοχονδροπάθειες είναι δυσλειτουργίες των μιτοχονδριακών μεταβολικών διεργασιών που προκαλούν μειωμένη παροχή σύνθεσης ΑΤΡ και έτσι μειώνουν την απόδοση του σώματος.

Επιπλέον, όλες οι πρωτεΐνες και τα ένζυμα του μεταφορέα μπορούν τελικά να επηρεαστούν από μεταλλάξεις ή ελαττώματα μεταγραφής. Οι μεταλλάξεις στο γενετικό υλικό των πρωτεϊνών του μεταφορέα αφήνουν τις προσβεβλημένες πρωτεΐνες σε τροποποιημένη μορφή έτσι ώστε η μεταφορά της δραστικής ουσίας να γίνεται πιο δύσκολη. Αυτό το φαινόμενο σχετίζεται για ορισμένες ασθένειες του λεπτού εντέρου, για παράδειγμα.

Οι διαταραχές στη ροή της μεμβράνης μπορούν με τη σειρά τους να σχετίζονται με μια μεγάλη ποικιλία ασθενειών. Σε όγκους, για παράδειγμα, η ενδοκύτωση είναι συχνά πιο δύσκολη. Λοιμώξεις ή νευρογενετικές ασθένειες μπορούν επίσης να προκαλέσουν διαταραχές από αυτή την άποψη. Οι νευροπάθειες με μειωμένη ικανότητα βαδίσματος και μειωμένη ταχύτητα αγωγής νεύρων καθώς και αισθητηριακές διαταραχές είναι ένα παράδειγμα νευροεκφυλιστικών καταγγελιών λόγω μειωμένης ροής μεμβράνης.

Η νόσος του Huntington που σχετίζεται με τη μετάλλαξη διαταράσσει επίσης τη ροή της μεμβράνης νευρογενώς. Επιπλέον, η εξωκυττάρωση των νευροδιαβιβαστών μπορεί να παρεμποδιστεί λόγω τοξινών. Η διαταραγμένη εξωκυττάρωση είναι επίσης η βάση μεταβολικών ασθενειών όπως η κυστική ίνωση. Οι διαταραχές της πνοκυττάρωσης συνδέονται επίσης με ασθένειες όπως το Αλτσχάιμερ.

Οι διαταραχές της μεταφοράς μεμβράνης όχι μόνο μπορούν να έχουν πολλούς διαφορετικούς λόγους, αλλά τελικά επίσης να οδηγήσουν σε πολλά διαφορετικά συμπτώματα και μια μεγάλη ποικιλία ασθενειών.