HALVGJENNOMTRENGELIGE MEMBRANER: EGENSKAPER, TRANSPORT, FUNKSJONER - BIOLOGI - 2026

De semipermeable membranene , også kalt "selektivt permeabel", er membraner som tillater passering av noen stoffer, men forhindrer passering av andre gjennom dem. Disse membranene kan være naturlige eller syntetiske.

Naturlige membraner er membranene til alle levende celler, mens syntetiske membraner, som kan være av naturlig opprinnelse (cellulose) eller ikke, er de som syntetiseres for forskjellige bruksområder.

Skjematisk fremstilling av en semipermeabel membran (Kilde: Adam Rędzikowski via Wikimedia Commons)

Et eksempel på bruken av kunstige eller syntetiske halvgjennomtrengelige membraner er de som brukes til nyredialysemaskiner, eller de som brukes til å filtrere blandinger i industrien eller i forskjellige kjemiske prosesser.

Overføring av stoffer gjennom en semipermeabel membran skjer ved forskjellige mekanismer. I cellemembraner og i syntetiske membraner kan dette skje ved diffusjon gjennom porer med forskjellige diametre, som "velger" etter størrelse stoffene som krysser membranen. Det kan også skje at stoffer kommer inn ved diffusjonsoppløsning i membranen.

I levende celler kan passering av stoffer gjennom membranene skje ved hjelp av transportører som virker for eller mot konsentrasjonsgradientene til stoffene. En gradient, i dette tilfellet, er forskjellen i konsentrasjon for et stoff på begge sider av en membran.

Alle celler på jorden har membraner, disse beskytter og skiller interne komponenter fra det ytre miljøet. Uten membraner er det ingen celler og uten celler er det ikke liv.

Siden disse membranene er det vanligste eksemplet på halvgjennomtrengelige membraner, vil det bli lagt spesiell vekt på disse i det følgende.

kjennetegn

De første studiene for å belyse komponentene i biologiske membraner ble gjort ved hjelp av røde blodlegemer. I disse studiene ble tilstedeværelsen av et dobbelt lag som dannet membranene påvist, og deretter ble det oppdaget at komponentene i disse lagene var lipider og proteiner.

Alle biologiske membraner består av en dobbel lipidmatrise som har forskjellige typer proteiner “innebygd”.

Lipidmatrisen til cellemembraner består av mettede og umettede fettsyrer; sistnevnte gir membranen en viss flyt.

Lipider er anordnet på en slik måte at de danner et dobbeltlag der hver lipid, som har et hydrofilt hode (som har en affinitet for vann) og ett eller to hydrofobe haler (vann fobi, avviser vann), har hydrokarbon haler. vendt mot hverandre i midten av strukturen.

Fosfolipider er de rikeligste lipidene som utgjør biologiske membraner. Disse inkluderer fosfatidylkolin, fosfatidylinositol, fosfatidyletanolamin og fosfatidylserin.

Eksempel på semipermeabel biologisk membran (Kilde: LadyofHats via Wikimedia Commons)

Blant membranlipidene er det også kolesterol og glykolipider, alle med amfipatiske egenskaper.

Proteinene fra semipermeable membraner er av flere typer (noen av disse kan ha enzymatisk aktivitet):

(1) de som danner ionekanaler eller porer

(2) transporterproteiner

(3) proteiner som binder et celleområde til et annet og lar vev dannes

(4) reseptorproteiner som binder seg til intracellulære kaskader og

Transportere

I en semipermeabel biologisk membran kan transport skje ved enkel diffusjon, forenklet diffusjon, cotransport, aktiv transport og sekundær aktiv transport.

Enkel diffusjonstransport

I denne typen transport er energien som beveger stoffer gjennom membranen forskjellen i konsentrasjon som finnes for disse stoffene på begge sider av membranen.

Dermed passerer stoffer i en mer → mindre forstand, det vil si fra stedet der de er mest konsentrert til stedet der de er mindre konsentrert.

Diffusjon kan oppstå fordi stoffet er fortynnet i membranen eller passerer gjennom porene eller kanalene. Porene eller kanalene er av to typer: de som alltid er åpne og de som åpnes og lukkes, det vil si at de er midlertidig åpne.

Porene som er kortvarig åpne i sin tur kan være (1) spenningsavhengige, det vil si at de åpnes som respons på en viss spenning og (2) ligandavhengig, som må binde seg til et bestemt kjemisk stoff for å åpne.

Transport ved forenklet diffusjon

I dette tilfellet flytter en transportør stoffet som skal transporteres fra den ene siden av membranen til den andre. Disse transportørene er membranproteiner som kan være permanent på membranen eller i vesikler som smelter sammen når det trengs.

Disse transportørene jobber også til fordel for konsentrasjonsgradientene til stoffene de transporterer.

Disse transporttypene krever ikke energiforbruk og kalles derfor passive transporter, siden de forekommer til fordel for en konsentrasjonsgradient.

Co-transport

En annen type passiv transport gjennom halvgjennomtrengelige membraner kalles cotransport. I dette tilfellet blir konsentrasjonsgradienten til et stoff brukt for samtidig transport av et annet mot dets gradient.

Denne typen transport kan være i to former: symport, der de to stoffene blir transportert i samme retning, og antisport, der det ene stoffet blir transportert i den ene retningen og det andre i motsatt retning.

Aktiv membrantransport

Disse krever energi, og de som er kjent bruker ATP, og det er derfor de kalles ATPaser. Disse transportørene med enzymatisk aktivitet hydrolyserer ATP for å oppnå den energien som kreves for bevegelse av stoffer mot deres konsentrasjonsgradient.

Tre typer ATPases er kjent:

Na + / K + -pumpene og kalsiumpumpene (kalsium-ATPaser). Disse har en struktur dannet av en α og en ß-underenhet innebygd i membranen.

ATPaser V og ATPaser F, som har en karakteristisk stengeform bestående av flere underenheter og et hode som roterer rundt stengelenhetene.

ATPaser V tjener til å pumpe hydrogenioner mot en konsentrasjonsgradient, i magen og i lysosomer, for eksempel. I noen vesikler, som dopaminerge, er det hydrogenbomber av denne typen som pumper H + inn i vesiklene.

ATPaser F drar fordel av H + -gradienten slik at de reiser gjennom dens struktur og tar ADP og P og danner ATP, det vil si at i stedet for å hydrolysere ATP, syntetiserer de den. Disse finnes i membranene i mitokondriene.

Sekundær aktiv transport

Det er den transporten som bruker den elektrokjemiske gradienten som genereres av en ATPase, drar et annet stoff mot gradienten. Det vil si at transporten av det andre stoffet mot dets konsentrasjonsgradient ikke er direkte koblet til bruken av ATP fra transportmolekylet.

Egenskaper

I levende celler gjør tilstedeværelsen av semipermeable membraner det mulig å opprettholde konsentrasjoner av stoffer som er helt forskjellige fra konsentrasjonene av de samme stoffene i det ekstracellulære miljøet i dem.

Til tross for disse konsentrasjonsforskjellene og åpne kanaler eller porer for visse stoffer, rømmer ikke disse molekylene eller kommer inn, med mindre visse betingelser er nødvendige eller endret.

Årsaken til dette fenomenet er at det er en elektrokjemisk likevekt som gjør at forskjellene i konsentrasjon over membranene blir kompensert av den elektriske gradienten som genereres av de diffunderbare ionene, og dette oppstår fordi noen stoffer ikke kan komme ut i cellene. .

referanser

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Essensiell cellebiologi. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2008). Molecular Biology of The Cell (5. utg.). New York: Garland Science, Taylor & Francis Group.
3. Berne, R., & Levy, M. (1990). Fysiologi. Mosby; Internasjonal Ed-utgave.
4. Fox, SI (2006). Human Physiology (9. utg.). New York, USA: McGraw-Hill Press.
5. Luckey, M. (2008). Membran strukturell biologi: med biokjemiske og biofysiske fundamenter. Cambridge University Press.