Pārvadājot membrānu, vielas iziet caur bioloģisko membrānu vai tiek aktīvi transportētas caur membrānām. Atšķirībā no aktīvā transporta difūzija ir vienkāršākais membrānas transportēšanas ceļš, un tai nav nepieciešama papildu enerģijas piegāde. Membrānas transporta traucējumi ir saistīti ar dažādām slimībām.
Kas ir membrānas transports?
Membrānas transports ir tad, kad vielas iziet cauri bioloģiskajai membrānai vai tiek aktīvi transportētas pa to. Biomembrānas aptver teritoriju, piemēram, šūnu citoplazmu, radot kontrolētu reģionu ar relatīvi neatkarīgu vidi ārpasaulei. Konkrēto šūnu vidi šūnās var izveidot un uzturēt tikai aizsegšanas dēļ no ārpasaules. Biomembrānas divslānis sastāv no fosfolipīdi un pats par sevi ir caurlaidīgs tikai gāzēm un maziem, vairumā gadījumu bez uzlādes molekulas. Hidrofīliem polāriem joniem un citām bioaktīvām vielām lipīdu divslānis atbilst barjerai, kuras pārvarēšanai nepieciešami papildu transporta mehānismi. Membrānas transports atbilst vielu pārejai caur biomembrānu. Šajā lomā ir divi dažādi principi. Pirmais princips ir difūzija vai brīva caurlaidība, otrais ir selektīvs masa transports. Papildus vienkāršai difūzijai funkcionālie principi, piemēram, pasīvais transports pa kanālu proteīni vai nesējproteīni un aktīvais transports ir transmembrānas transporta daļa. Transports, kas pārvieto membrānu, savukārt ietver endocitozi, eksocitozi un transcitozi. Tā kā membrānas daļu pārvietošanas laikā membrānas daļas tiek pārvietotas, to dažkārt sauc arī par membrānas plūsmu. Membrānas transports atbalsta šūnu funkcijas un šūnu saziņu ar vidi. Selektīvs masa pārsūtīšanu iespējo transporta mehānismi.
Funkcija un uzdevums
Biomembrānas lipīdu divslāņu vai bimolekulārais lipīdu slānis atbilst barjerai starp ūdens nodalījumiem ekstraplazmas un citoplazmas telpas formā. Starp nodalījumiem tikai mazs molekulas var difundēt caur biomembrānu, piemēram, etiķskābe papildus ūdens. Lielākiem molekulas, difūzijas ātrums ir relatīvi zems. Membrānu caurlaidību mazām molekulām sauc arī par daļēju caurlaidību un tā veido osmozes pamatu. Saskaņā ar pašreizējiem pieņēmumiem jebkura biomembrāna ir šķidruma struktūra ar īslaicīgiem pārkāpumiem lipīdu divslānī. Molekulas ar hidrofobisku īpašību izšķīst caur hidrofobās membrānas reģionu to sadalījuma koeficienta dēļ. Pat lielākas daļiņas, piemēram, steroīds hormoni var iziet cauri membrānām difūzijas ceļā. Savukārt noteiktas molekulas izmanto specifisku membrānas transportēšanu. Transporta ceļš ir saistīts ar integrālu membrānas transportēšanu proteīni pazīstams kā translators. Īpašais transports ir specifisks substrātam un piesātināms. Šajā transporta ceļā esošie translatori ietver nesējus, kas ir piekrauti ar substrātu un var izraisīt konformācijas izmaiņas membrānā, lai ieviestu savu kravu. Sakarā ar salīdzinoši augstajiem transporta rādītājiem katrā membrānā pastāv pastāvīgs transporta kanāls. Integrālā membrāna proteīni ar lomām membrānas transportā parasti atbilst oligomērām struktūrām. Specifiskajā transportā ir katalizēta difūzija bez papildu enerģijas patēriņa vai aktīvs transports ar enerģijas patēriņu. Katalizētā difūzija un aktīvais transports piedāvā iespēju transportēt tikai vienu daļiņu vienvirziena, divas daļiņas kopā vienā virzienā vai pretējos virzienos. Katalizētā difūzija ar membrānas transporta olbaltumvielām notiek tikai pēc koncentrācija līdzsvarot gar tagadni koncentrācija vielu gradients starp abiem šūnas nodalījumiem. Aktīvs transports vienmēr notiek pret koncentrācija gradients. Ārējās biomembrānas poras kalpo nespecifiskai hidrofilo daļiņu pārejai. Biomembrānas faktiskais transporta kanāls sastāv no β-loksnēm. Membrānas transports ir neaizstājams visām ķermeņa funkcijām un ķermeņa audiem, piemēram, nervu sistēmas un tā sprieguma kontrolētie jonu kanāli.
Slimības un traucējumi
Membrānas transporta sistēmu darbības traucējumi var izraisīt smagus šūnu bojājumus un pat orgānu mazspēju. Zarnās vai nierēs membrānas transporta traucējumi rada, piemēram, rezorbcijas un sekrēcijas traucējumus. Piemēram, mitohondriopātijas vadīt uz membrānas transporta traucējumiem. Šajā gadījumā tiek ietekmēta fermentu sistēma, kas nodrošina enerģijas ražošanu, izmantojot oksidatīvo fosforilēšanu. Šajā kontekstā īpaši jāatzīmē ATP sintāzes traucējumi. Šis ferments ir viens no vissvarīgākajiem transmembrānas proteīniem, kas, piemēram, uzņem protonu sūkņa transporta enzīma funkciju. Veselā ķermenī enzīms katalizē ATP nodrošināšanu un ļauj enerģētiski veicināt protonu transportēšanu gar protonu gradientu ATP veidošanās laikā. Tāpēc ATP sintāze ir viens no vissvarīgākajiem enerģijas pārveidotājiem cilvēka organismā, pārveidojot vienu enerģijas veidu citā. Mitohondriopātijas tagad ir mitohondriju vielmaiņas procesu darbības traucējumi, kas izraisa samazinātu ATP sintēzes daudzumu un tādējādi samazina ķermeņa veiktspēju. Turklāt visi pārvadātāju proteīni un fermenti galu galā var ietekmēt mutācijas vai transkripcijas defekti. Transporterproteīnu ģenētiskā materiāla mutācijas ietekmē ietekmētie proteīni atrodas modificētā formā, padarot to aktīvu masa transports ir grūtāks. Šī parādība ir nozīmīga, piemēram, dažām Grieķijas slimībām tievā zarnā. Savukārt membrānas plūsmas traucējumi var būt saistīti ar visdažādākajām slimībām. Piemēram, audzējos bieži tiek traucēta endocitoze. Infekcijas vai neiroģeneratīvas slimības arī var izraisīt traucējumus šajā ziņā. Neiropātijas ar traucētām staigāšanas spējām un samazinātu nervu vadīšanas ātrumu, kā arī maņu traucējumi ir neirodeģeneratīvo sūdzību piemērs membrānas plūsmas traucējumu dēļ. Arī ar mutāciju saistīta Hantingtona slimība neirogēni izjauc membrānas plūsmu. Papildus, neiromeditors toksīnu dēļ var būt traucēta eksocitoze. Traucēta eksocitoze ir arī tādu vielmaiņas slimību pamatā kā cistiskā fibroze. Pinocitozes traucējumi tagad ir saistīti arī ar tādām slimībām kā Alcheimera slimība. Membrānas transporta traucējumiem var būt ne tikai daudz dažādu iemeslu, bet galu galā vadīt vienādi daudziem simptomiem un visdažādākajām slimībām.
