Membrānas caurlaidība

Membrānas caurlaidība raksturo molekulu caurlaidību caur šūnu membrānu. Visas šūnas no starpšūnu telpas atdala ar biomembrānām, un tajā pašā laikā tās satur šūnu organellas, kuras savukārt ieskauj membrānas. Membrānu caurlaidība ir nepieciešama vienmērīgai bioķīmisko reakciju norisei.

Kāda ir membrānas caurlaidība?

Membrānas caurlaidību definē kā biomembrānas caurlaidību šķidrumiem un izšķīdinātām vielām. Šūnu membrānas tomēr nav caurlaidīgas visām vielām. Tādēļ tos sauc arī par daļēji caurlaidīgām membrānām (puscaurlaidīgām membrānām).

Biomembrānas sastāv no diviem fosfolipīdu slāņiem, kas ir caurlaidīgi gāzēm, piemēram, skābeklim vai oglekļa dioksīdam, kā arī lipīdos šķīstošām nepolārām vielām. Šīs vielas var iziet cauri membrānām normālas difūzijas ceļā. Polārās un hidrofilās molekulas nav atļautas. Tos var pārvadāt caur membrānu tikai pasīvos vai aktīvos transporta procesos.

Membrānas aizsargā iekšējo šūnu telpu un telpu šūnu organellās. Tie nodrošina īpašu ķīmisku un fizikālu apstākļu uzturēšanu svarīgām bioķīmiskām reakcijām bez ārējas iejaukšanās.

Membrānu caurlaidība nodrošina dzīvībai svarīgu vielu selektīvu transportēšanu no ārpusšūnu telpas šūnā un metabolisma produktu noņemšanu no šūnas. Tas pats attiecas uz atsevišķām šūnu organellām.

Funkcija un uzdevums

Membrānas ir absolūti nepieciešamas, lai netraucētu dzīvībai svarīgu bioķīmisku reakciju procesu šūnās un šūnu organellās. Membrānas caurlaidība ir tikpat svarīga, lai šūnas varētu apgādāt ar svarīgām barības vielām, piemēram, olbaltumvielām, ogļhidrātiem vai taukiem. Arī minerālvielām, vitamīniem un citām aktīvām sastāvdaļām jāspēj iziet cauri membrānai. Tajā pašā laikā tiek veidoti vielmaiņas produkti, kas jāiznīcina no šūnas.

Tomēr membrānas ir caurlaidīgas tikai lipofilām molekulām un mazām gāzu molekulām, piemēram, skābeklim vai oglekļa dioksīdam. Polārās hidrofilās vai lielās molekulas caur membrānu var pārvadāt tikai ar transportēšanas procesu palīdzību. Tam ir pasīvas un aktīvas iespējas membrānas transportēšanai.

Pasīvais transports darbojas, nepiegādājot enerģiju potenciāla vai koncentrācijas gradienta virzienā. Mazas lipofīlas vai gāzes molekulas tiek pakļautas normālai difūzijai. Ar lielākām molekulām normāla difūzija vairs nav iespējama. Atsevišķi transporta proteīni vai kanālu proteīni šeit var atvieglot pārvadāšanu. Transporta olbaltumvielas iet cauri membrānai kā tunelis. Caur šo tuneli ar polāro aminoskābju palīdzību var iziet mazākas polārās molekulas. Tas arī ļauj maziem lādētiem joniem transportēt caur tuneli.

Vēl viena pasīvā transporta iespēja rodas nesējproteīnu, kas specializējas noteiktās molekulās, darbības rezultātā. Kad molekuls pietauvots, viņi maina savu uzbūvi un transportē to caur membrānu.

Aktīvās membrānas transporta gadījumā ir nepieciešama enerģijas padeve. Atbilstošā molekula tiek transportēta pret koncentrācijas gradientu vai elektrisko gradientu. Enerģijas piegādes procesi rodas ATP hidrolīzes rezultātā, lādiņa gradienta uzkrāšanās elektriskā lauka veidā vai entropijas palielināšanās, veidojot koncentrācijas gradientu.

Endocitoze vai eksocitoze ir pieejama vielām, kuras vispār nevar iekļūt membrānā. Endocitozes gadījumā biomembrānas invaginācija absorbē pilienu šķidruma un transportē to šūnā. Tas rada tā saukto endosomu, kas transportē svarīgas vielas citoplazmā. Eksocitozes laikā atkritumi citoplazmā tiek transportēti uz āru ar membrānas pārklājumu transporta pūslīšiem.

Slimības un kaites

Traucējumi membrānas caurlaidībā var izraisīt dažādus slimības stāvokļus. Izmaiņas ietekmē dažādu jonu caurlaidību. Membrānas caurlaidības traucējumi bieži ir sirds un asinsvadu slimību rezultāts. Tas var ietekmēt ķermeņa elektrolītu līdzsvaru.

Tomēr daudzi iedzimti cēloņi izraisa arī membrānas caurlaidības traucējumus. Membrānas struktūrā ir iesaistīti dažādi proteīni un tie ir atbildīgi par lipīdu divslāņu pareizu darbību. Atsevišķu olbaltumvielu ģenētiskās izmaiņas cita starpā ir atbildīgas par membrānas caurlaidības izmaiņām.

Viens piemērs ir slimība Myotonia congenita Thomsen. Šī slimība ir ģenētiska muskuļu funkcijas traucējumi. Gēns, kas kodē muskuļu šķiedru membrānu hlorīda kanālus, ir mutēts. Hlorīda jonu caurlaidība ir samazināta. Tas noved pie vieglākas šķiedru depolarizācijas nekā veseliem cilvēkiem. Palielināta tendence uz muskuļu kontrakcijām, kas ir jūtams kā stīvums. Piemēram, slēgtu dūri var atvērt tikai ar noteiktu kavēšanos. Acis var atvērt tikai pēc 30 sekundēm pēc aizvēršanas, kas ir pazīstams kā aizsegs ar aizvēršanos.

Pastāv arī autoimūnas slimības, kas īpaši vērstas uz biomembrānām. Šajā kontekstā ir zināms tā saucamais antifosfolipīdu sindroms (APS). Šajā slimībā ķermeņa imūnsistēma ir vērsta pret olbaltumvielām, kas ir piesaistītas membrānas fosfolipīdiem. Rezultāts ir paaugstināta asins koagulējamība. Palielinās sirdslēkmes, insultu un plaušu embolijas iespējamība.

Traucējumi membrānas caurlaidībā ir atrodami arī tā saucamajās mitohondriju slimībās. Mitohondrijos enerģiju iegūst, sadedzinot ogļhidrātus, taukus un olbaltumvielas. Mitohondriji ir šūnu organellās, kuras arī ieskauj membrāna. Šajās enerģijas spēkstacijās lielā mērā rodas brīvie radikāļi. Ja tie netiek notverti, membrānas tiks sabojātas. Tas nopietni ierobežo mitohondriju darbību. Tomēr radikālo atkritumu iznīcinātāju efektivitātes samazināšanās iemesli ir dažādi.