Ved Membrantransport stoffer passerer gennem en biologisk membran eller transporteres aktivt gennem membraner. I modsætning til aktiv transport er diffusion den enkleste membrantransportvej og kræver ingen yderligere energi. Membrantransportforstyrrelser er forbundet med en række forskellige sygdomme.
Hvad er membrantransport?
Biomembraner omslutter områder såsom cytoplasma af celler og frembringer således en kontrolleret region med et relativt uafhængigt miljø fra omverdenen. Det specifikke cellemiljø inden i celler kan kun opbygges og vedligeholdes på grund af afskærmningen fra omverdenen.
Det dobbelte lag af en biomembran består af phospholipider og er kun permeabel for gasser og små, i de fleste tilfælde uladede molekyler. For hydrofile polære ioner og andre bioaktive stoffer svarer lipid-dobbeltlaget til en barriere, som yderligere transportmekanismer er nødvendige for at overvinde.
Membrantransport svarer til passage af stoffer gennem en biomembran. To forskellige principper spiller en rolle her. Det første princip er diffusion eller fri permeation, det andet er selektiv masseoverførsel. Ud over enkel diffusion tæller funktionelle principper, såsom passiv transport gennem kanalproteiner eller bæreproteiner og aktiv transport til transmembrantransport.
Endocytose, exocytose og transcytose hører til membranfortrængende transport. Da membrandele i sig selv forskydes under membranfortrængende transport, nævnes undertiden også en membranstrøm her.
Membrantransport understøtter cellefunktioner og cellekommunikation med miljøet. Selektiv materialeudveksling muliggøres af transportmekanismerne.
Funktion & opgave
Lipid-dobbeltlaget eller det bimolekylære lipidlag i en biomembran svarer til en barriere mellem vandige rum i form af det ekstraplasmatiske og cytoplasmatiske rum. Kun små molekyler kan diffundere mellem rumene gennem en biomembran, f.eks. Eddikesyre såvel som vand. For større molekyler er diffusionshastigheden relativt lav.
Permeabiliteten af membraner for små molekyler er også kendt som semipermeabilitet og danner grundlaget for osmose. Ifølge de nuværende antagelser er hver biomembran en væskestruktur med midlertidige uregelmæssigheder i lipid-dobbeltlaget. Molekyler med en hydrofob egenskab opløses gennem det hydrofobe membranområde på grund af deres distributionskoefficient. Selv større partikler som steroidhormoner kan diffundere over membraner.
I modsætning hertil bruger specifikke molekyler specifik membrantransport. Transportvejen er bundet til integrerede membrantransportproteiner kendt som translokatorer. Den specifikke transport er substratspecifik og mættelig. Translocatorerne af denne transportsti inkluderer bærere, der er fyldt med underlaget, og som kan medføre en konformationel ændring i membranen for at indføre dens ladning.
På grund af de relativt høje transporthastigheder er der en permanent transportkanal i hver membran. De integrerede membranproteiner med funktioner i membrantransport svarer normalt til oligomere strukturer. I tilfælde af specifik transport er der katalyseret diffusion uden yderligere energiforbrug eller aktiv transport med energiforbrug.
Katalyseret diffusion og aktiv transport giver mulighed for kun at transportere en enkelt partikel ensrettet og transportere to partikler sammen i samme retning eller i modsatte retninger. Katalyseret diffusion gennem membrantransportproteiner følger kun koncentrationsudligningen langs den eksisterende koncentrationsgradient af stoffer mellem de to rum i cellen. Aktiv transport foregår altid mod koncentrationsgradienten.
Porer i den ydre biomembran bruges til den uspecifikke passage af hydrofile partikler. Den faktiske transportkanal for en biomembran består af β-ark. Membrantransport er uundværlig for alle kropslige funktioner og væv i kroppen, for eksempel for nervesystemet og dets spændingsafhængige ionkanaler.
Sygdomme og lidelser
Forstyrrelser i membrantransportsystemerne kan forårsage alvorlig celleskade og endda organsvigt. Inden i tarmen eller nyrerne skyldes forstyrrelser i membrantransporten for eksempel fra absorptions- og sekretionsforstyrrelser.
Mitochondriopathies fører for eksempel til membrantransportforstyrrelser. I dette tilfælde påvirkes enzymsystemet, som gør det muligt at generere energi ved hjælp af oxidativ fosforylering. Forstyrrelser i ATP-syntasen fortjener særlig omtale i denne sammenhæng. Dette enzym er et af de vigtigste transmembranproteiner, der for eksempel tager funktionen af et transportenzym i protonpumpen. Enzymet katalyserer forsyningen af ATP i den sunde krop og muliggør energibesparende protontransport langs protongradienten med ATP-dannelse. ATP-syntase er derfor en af de vigtigste energiomformere i den menneskelige organisme og omdanner en form for energi til en anden. Mitochondriopathies er funktionsfejl i de mitokondrielle metaboliske processer, der forårsager en reduceret forsyning af ATP-syntese og dermed reducerer kroppens ydeevne.
Derudover kan alle transporterproteiner og enzymer i sidste ende påvirkes af mutationer eller transkriptionsdefekter. Mutationer i det genetiske materiale fra transporterproteiner efterlader de berørte proteiner i en modificeret form, så transport af aktivt stof vanskeliggøres. Dette fænomen er f.eks. Relevant for nogle sygdomme i tyndtarmen.
Forstyrrelser i membranstrømmen kan igen være forbundet med en lang række sygdomme. I tumorer er for eksempel endocytose ofte vanskeligere. Infektioner eller neurogenerative sygdomme kan også forårsage lidelser i denne henseende. Neuropatier med nedsat gåevne og nedsat nerveledningshastighed såvel som sanseforstyrrelser er et eksempel på neurodegenerative klager på grund af nedsat membranstrøm.
Den mutationsrelaterede Huntingtons sygdom forstyrrer også membranstrømmen neurogent. Derudover kan eksocytosen af neurotransmitterne hindres på grund af toksiner. Forstyrret exocytose er også grundlaget for metabolske sygdomme, såsom cystisk fibrose. Forstyrrelser i pinocytose er nu også forbundet med sygdomme som Alzheimers.
Forstyrrelser i membrantransporten kan ikke kun have mange forskellige årsager, men i sidste ende også føre til mange forskellige symptomer og en lang række sygdomme.
