POLOPRIEPUSTNÉ MEMBRÁNY: VLASTNOSTI, TRANSPORT, FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026

Tieto polopriepustné membrány , nazývané aj "selektívne permeabilný" sú membrány, ktoré umožňujú priechod niektorých látok, ale bráni priechodu druhej skrz. Tieto membrány môžu byť prírodné alebo syntetické.

Prírodné membrány sú membrány všetkých živých buniek, zatiaľ čo syntetické membrány, ktoré môžu byť prírodného pôvodu (celulóza) alebo nie, sú syntetizované na rôzne účely.

Schematické znázornenie semipermeabilnej membrány (Zdroj: Adam Rędzikowski prostredníctvom Wikimedia Commons)

Príkladom použitia umelých alebo syntetických polopriepustných membrán sú membrány používané pre dialyzačné prístroje na obličky alebo membrány používané na filtrovanie zmesí v priemysle alebo pri rôznych chemických procesoch.

Prechod látok cez polopriepustnú membránu nastáva rôznymi mechanizmami. V bunkových membránach a v syntetických membránach to môže nastať difúziou cez póry rôznych priemerov, ktoré „vyberajú“ podľa veľkosti látky, ktoré prechádzajú cez membránu. Môže sa tiež stať, že látky vstúpia difúznym rozpúšťaním v membráne.

V živých bunkách môže prechod látok cez membrány nastať pomocou transportérov, ktoré pôsobia pre alebo proti koncentračným gradientom látok. Gradient je v tomto prípade rozdiel v koncentrácii látky na oboch stranách membrány.

Všetky bunky na Zemi majú membrány, ktoré chránia a oddeľujú svoje vnútorné komponenty od vonkajšieho prostredia. Bez membrán neexistujú bunky a bez buniek neexistuje život.

Pretože tieto membrány sú najbežnejším príkladom polopriepustných membrán, bude sa na ne ďalej venovať osobitný dôraz.

vlastnosti

Prvé štúdie na objasnenie zložiek biologických membrán sa uskutočnili s použitím červených krviniek. V týchto štúdiách sa preukázala prítomnosť dvojvrstvovej vrstvy tvoriacej membrány a potom sa zistilo, že zložkami týchto vrstiev boli lipidy a proteíny.

Všetky biologické membrány sú tvorené dvojitou lipidovou matricou, ktorá má „zabudované“ rôzne typy proteínov.

Lipidová matrica bunkových membrán je vytvorená z nasýtených a nenasýtených mastných kyselín; tieto poskytujú membráne určitú tekutosť.

Lipidy sú usporiadané takým spôsobom, že vytvárajú dvojvrstvu, v ktorom každý lipid, ktorý má hydrofilnú hlavu (ktorá má afinitu k vode) a jeden alebo dva hydrofóbne zvyšky (vodná fóbia, odpudzuje vodu), má uhľovodíkové zvyšky. proti sebe v strede konštrukcie.

Fosfolipidy sú najhojnejšie lipidy, ktoré tvoria biologické membrány. Tieto zahŕňajú fosfatidylcholín, fosfatidylinozitol, fosfatidyletanolamín a fosfatidylserín.

Príklad polopriepustnej biologickej membrány (Zdroj: LadyofHats cez Wikimedia Commons)

Medzi membránovými lipidmi sú tiež cholesterol a glykolipidy, všetky s amfipatickými vlastnosťami.

Proteíny semipermeabilných membrán sú niekoľkých typov (niektoré z nich môžu mať enzymatickú aktivitu):

(1) tie, ktoré tvoria iónové kanály alebo póry

(2) transportné proteíny

(3) proteíny, ktoré viažu jednu bunkovú oblasť na druhú a umožňujú tkanivám tvoriť sa

(4) receptorové proteíny, ktoré sa viažu na intracelulárne kaskády a

doprava

V semipermeabilnej biologickej membráne môže byť transport uskutočňovaný jednoduchou difúziou, uľahčenou difúziou, spoločným transportom, aktívnym transportom a sekundárnym aktívnym transportom.

Jednoduchý difúzny transport

Pri tomto type dopravy je energia, ktorá látky presúva cez membránu, rozdiel v koncentrácii, ktorá existuje pre tieto látky na oboch stranách membrány.

Látky teda prechádzajú → viac v menšom zmysle, to znamená z miesta, kde sú koncentrovanejšie, do miesta, kde sú menej koncentrované.

K difúzii môže dôjsť, pretože látka je zriedená v membráne alebo prechádza cez póry alebo kanály. Póry alebo kanály sú dvoch typov: tie, ktoré sú vždy otvorené a tie, ktoré sa otvárajú a zatvárajú, to znamená, že sú dočasne otvorené.

Póry, ktoré sú prechodne otvorené postupne, môžu byť (1) závislé od napätia, to znamená, že sa otvárajú v reakcii na určité napätie a (2) závisia od ligandu, ktoré sa musia viazať na niektorú špecifickú chemikáliu, aby sa mohli otvoriť.

Preprava uľahčenou difúziou

V tomto prípade transportér presunie látku, ktorá sa má transportovať z jednej strany membrány na druhú. Tieto transportéry sú membránové proteíny, ktoré môžu byť trvalo na membráne alebo vo vezikulách, ktoré k nej v prípade potreby fúzujú.

Títo prepravcovia tiež pracujú v prospech koncentračných gradientov látok, ktoré prepravujú.

Tieto druhy prepravy nevyžadujú spotrebu energie, a preto sa nazývajú pasívne prepravy, pretože sa vyskytujú v prospech koncentračného gradientu.

Co-doprava

Ďalším typom pasívneho transportu cez polopriepustné membrány sa nazýva kotransport. V tomto prípade sa koncentračný gradient jednej látky používa na sprievodný transport inej látky proti jej gradientu.

Tento druh prepravy môže byť v dvoch formách: symport, kde sa dve látky prepravujú v rovnakom smere, a antisport, v ktorom sa jedna látka prepravuje v jednom smere a druhá v opačnom smere.

Aktívny membránový transport

Tieto vyžadujú energiu a tie, ktoré sú známe, používajú ATP, preto sa nazývajú ATPázy. Tieto transportéry s enzymatickou aktivitou hydrolyzujú ATP, aby získali energiu potrebnú na pohyb látok proti ich koncentračnému gradientu.

Sú známe tri typy ATPáz:

Čerpadlá Na + / K + a vápnikové čerpadlá (ATPázy vápnika). Majú štruktúru tvorenú podjednotkou a a p zabudovanou do membrány.

ATPázy V a ATPázy F, ktoré majú charakteristický tvar stonky tvorený niekoľkými podjednotkami a hlavou, ktorá sa otáča okolo stonkových podjednotiek.

ATPázy V slúžia napríklad na čerpanie vodíkových iónov proti koncentračnému gradientu, napríklad v žalúdku a v lyzozómoch. V niektorých vezikulách, ako sú dopaminergné, existujú vodíkové bomby tohto typu, ktoré pumpujú H + do vezikúl.

F ATPázy využívajú H + gradient tak, že prechádzajú svojou štruktúrou a prijímajú ADP a P a tvoria ATP, to znamená, že namiesto hydrolýzy ATP ho syntetizujú. Tieto sa nachádzajú v membránach mitochondrií.

Sekundárny aktívny transport

Je to ten transport, ktorý s využitím elektrochemického gradientu generovaného ATPázou vtiahne inú látku proti gradientu. To znamená, že transport druhej látky proti jej koncentračnému gradientu nie je priamo spojený s použitím ATP transportnou molekulou.

Vlastnosti

V živých bunkách prítomnosť semipermeabilných membrán umožňuje udržiavať v nich koncentrácie látok, ktoré sú úplne odlišné od koncentrácií tých istých látok v extracelulárnom prostredí.

Napriek týmto rozdielom v koncentrácii a otvoreným kanálom alebo pórom pre určité látky však tieto molekuly neuniknú ani nevstúpia, pokiaľ nie sú potrebné alebo nezmenené určité podmienky.

Dôvodom tohto javu je skutočnosť, že existuje elektrochemická rovnováha, ktorá kompenzuje rozdiely v koncentrácii naprieč membránami elektrickým gradientom generovaným difúznymi iónmi, a to z toho dôvodu, že niektoré látky sa nemôžu dostať von z buniek. ,

Referencie

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Esenciálna bunková biológia. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. a Walter, P. (2008). Molecular Biology of The Cell (5. vydanie). New York: Garland Science, Taylor & Francis Group.
3. Berne, R., & Levy, M. (1990). Fyziológia. Mosby; Medzinárodné vydanie Ed.
4. Fox, SI (2006). Human Physiology (9. vydanie). New York, USA: McGraw-Hill Press.
5. Luckey, M. (2008). Štrukturálna biológia membrán: s biochemickými a biofyzikálnymi základmi. Cambridge University Press.