MEMBRANY PÓŁPRZEPUSZCZALNE: CHARAKTERYSTYKA, TRANSPORT, FUNKCJE - BIOLOGIA - 2026

Na półprzepuszczalne błony , zwane również „selektywnie przepuszczalny” są membranami, które umożliwiają przepływ niektórych substancji, ale zapobiec przejście drugiej przelotowy. Te membrany mogą być naturalne lub syntetyczne.

Błony naturalne to błony wszystkich żywych komórek, podczas gdy błony syntetyczne, które mogą być pochodzenia naturalnego (celuloza) lub nie, to błony syntetyzowane do różnych zastosowań.

Schematyczne przedstawienie półprzepuszczalnej membrany (źródło: Adam Rędzikowski za Wikimedia Commons)

Przykładem użyteczności sztucznych lub syntetycznych membran półprzepuszczalnych są te stosowane w aparatach do dializy nerek lub stosowane do filtrowania mieszanin w przemyśle lub w różnych procesach chemicznych.

Substancje przechodzą przez półprzepuszczalną membranę na różne sposoby. W błonach komórkowych i błonach syntetycznych może to nastąpić poprzez dyfuzję przez pory o różnych średnicach, które „wybierają” ze względu na rozmiar substancje przechodzące przez błonę. Może się również zdarzyć, że substancje przedostaną się przez dyfuzję rozpuszczając się w membranie.

W żywych komórkach substancje przechodzą przez błony komórkowe za pośrednictwem transporterów, które działają na rzecz lub przeciw gradientom stężeń substancji. Gradient w tym przypadku jest różnicą stężeń substancji po obu stronach membrany.

Wszystkie komórki na Ziemi mają membrany, które chronią i oddzielają ich elementy wewnętrzne od środowiska zewnętrznego. Bez błon nie ma komórek, a bez komórek nie ma życia.

Ponieważ membrany te są najpowszechniejszym przykładem membran półprzepuszczalnych, w dalszej części zostanie na nie położony szczególny nacisk.

cechy

Pierwsze badania mające na celu wyjaśnienie składników błon biologicznych przeprowadzono przy użyciu czerwonych krwinek. W badaniach tych wykazano obecność podwójnej warstwy tworzącej błony, a następnie odkryto, że składnikami tych warstw były lipidy i białka.

Wszystkie błony biologiczne zbudowane są z podwójnej matrycy lipidowej, w której „osadzone” są różne typy białek.

Macierz lipidowa błon komórkowych składa się z nasyconych i nienasyconych kwasów tłuszczowych; te ostatnie nadają membranie pewną płynność.

Lipidy są ułożone w taki sposób, że tworzą dwuwarstwę, w której każdy lipid, który ma hydrofilową głowę (która ma powinowactwo do wody) i jeden lub dwa hydrofobowe ogony (fobia wodna, odpycha wodę), ma ogony węglowodorowe. zwrócone do siebie w środku konstrukcji.

Fosfolipidy to najczęściej występujące lipidy tworzące błony biologiczne. Należą do nich fosfatydylocholina, fosfatydyloinozytol, fosfatydyloetanoloamina i fosfatydyloseryna.

Przykład półprzepuszczalnej błony biologicznej (źródło: LadyofHats via Wikimedia Commons)

Wśród lipidów błonowych znajduje się również cholesterol i glikolipidy, wszystkie o właściwościach amfipatycznych.

Białka błon półprzepuszczalnych są kilku typów (niektóre z nich mogą wykazywać aktywność enzymatyczną):

(1) te, które tworzą kanały jonowe lub pory

(2) białka transporterowe

(3) białka, które wiążą jeden region komórki z innym i umożliwiają tworzenie się tkanek

(4) białka receptorowe, które wiążą się z kaskadami wewnątrzkomórkowymi i

Transport

W półprzepuszczalnej błonie biologicznej transport może odbywać się poprzez prostą dyfuzję, ułatwioną dyfuzję, kotransport, transport aktywny i wtórny transport aktywny.

Prosty transport dyfuzyjny

W tego rodzaju transporcie energia, która przenosi substancje przez membranę, jest różnicą stężeń tych substancji po obu stronach membrany.

Zatem substancje przechodzą w mniej → mniejszym sensie, to znaczy z miejsca, w którym są bardziej skoncentrowane, do miejsca, w którym są mniej skoncentrowane.

Dyfuzja może wystąpić, ponieważ substancja jest rozcieńczana w membranie lub przechodzi przez pory lub kanały. Pory lub kanały są dwojakiego rodzaju: te, które są zawsze otwarte i te, które otwierają się i zamykają, to znaczy są tymczasowo otwarte.

Pory, które są przejściowo otwarte, z kolei mogą być (1) zależne od napięcia, to znaczy otwierają się w odpowiedzi na określone napięcie i (2) zależne od ligandów, które muszą wiązać się z określoną substancją chemiczną, aby się otworzyć.

Transport przez ułatwioną dyfuzję

W tym przypadku transporter przesuwa substancję, która ma być transportowana z jednej strony membrany na drugą. Te transportery to białka błonowe, które mogą trwale znajdować się na błonie lub w pęcherzykach, które w razie potrzeby łączą się z nią.

Te transportery działają również na korzyść gradientów stężeń transportowanych substancji.

Te rodzaje transportu nie wymagają zużycia energii i dlatego nazywane są transportami pasywnymi, ponieważ zachodzą na korzyść gradientu stężeń.

Wspólny transport

Kolejnym rodzajem transportu biernego przez membrany półprzepuszczalne jest kotransport. W tym przypadku gradient stężenia jednej substancji jest używany do jednoczesnego transportu innej w stosunku do jej gradientu.

Ten rodzaj transportu może występować w dwóch formach: symport, w którym dwie substancje są transportowane w tym samym kierunku, oraz antisport, w którym jedna substancja jest transportowana w jednym kierunku, a druga w przeciwnym.

Aktywny transport membranowy

Te wymagają energii, a te, które są znane, używają ATP, dlatego nazywane są ATPazami. Te transportery o aktywności enzymatycznej hydrolizują ATP w celu uzyskania energii wymaganej do ruchu substancji wbrew ich gradientowi stężeń.

Znane są trzy typy ATPaz:

Pompy Na + / K + i pompy wapniowe (ATPazy wapniowe). Mają strukturę utworzoną przez podjednostki α i ß osadzone w membranie.

ATPazy V i ATPazy F, które mają charakterystyczny kształt łodygi składający się z kilku podjednostek i głowy, która obraca się wokół podjednostek łodygi.

ATPazy V służą do pompowania jonów wodoru w zależności od gradientu stężeń, na przykład w żołądku i lizosomach. W niektórych pęcherzykach, np. Dopaminergicznych, znajdują się bomby wodorowe tego typu, które pompują H + do pęcherzyków.

ATPazy F wykorzystują gradient H +, dzięki czemu przemieszczają się przez jego strukturę, pobierają ADP i P i tworzą ATP, to znaczy zamiast hydrolizować ATP, syntetyzują go. Znajdują się one w błonach mitochondriów.

Wtórny transport aktywny

To właśnie ten transport, wykorzystując gradient elektrochemiczny generowany przez ATPazę, ciągnie inną substancję pod gradient. Oznacza to, że transport drugiej substancji wbrew jej gradientowi stężeń nie jest bezpośrednio związany z wykorzystaniem ATP przez cząsteczkę transportera.

cechy

Obecność błon półprzepuszczalnych w żywych komórkach pozwala na utrzymanie w nich stężeń substancji całkowicie odmiennych od stężeń tych samych substancji w środowisku pozakomórkowym.

Jednak pomimo tych różnic stężeń i otwartych kanałów lub porów dla niektórych substancji, cząsteczki te nie uciekają ani nie wchodzą, chyba że są potrzebne lub zmienione pewne warunki.

Przyczyną tego zjawiska jest równowaga elektrochemiczna, która powoduje, że różnice stężeń na błonach kompensują się gradientem elektrycznym generowanym przez dyfundujące jony, a dzieje się tak, ponieważ niektóre substancje nie mogą wydostać się do wnętrza komórek. .

Bibliografia

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Podstawowa biologia komórki. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. i Walter, P. (2008). Molecular Biology of The Cell (wyd. 5). Nowy Jork: Garland Science, Taylor & Francis Group.
3. Berne, R. i Levy, M. (1990). Fizjologia. Mosby; Edycja międzynarodowa.
4. Fox, SI (2006). Human Physiology (9th ed.). Nowy Jork, USA: McGraw-Hill Press.
5. Luckey, M. (2008). Biologia strukturalna błony: na podstawach biochemicznych i biofizycznych. Cambridge University Press.