Membránový transport

Na Membránový transport Látky prechádzajú biologickou membránou alebo sa aktívne transportujú cez membrány. Na rozdiel od aktívneho transportu je difúzia najjednoduchšia membránová transportná cesta a nevyžaduje žiadnu ďalšiu energiu. Poruchy membránového transportu sú spojené s celým radom rôznych chorôb.

Čo je to membránový transport?

Biomembrány obklopujú oblasti, ako je cytoplazma buniek, a tak vytvárajú kontrolovanú oblasť s relatívne nezávislým prostredím od vonkajšieho sveta. Špecifické bunkové prostredie vo vnútri buniek sa dá vybudovať a udržiavať iba vďaka tieneniu pred vonkajším svetom.

Dvojitá vrstva biomembrány pozostáva z fosfolipidov a je priepustná iba pre plyny a malé, väčšinou nenabité molekuly. V prípade hydrofilných polárnych iónov a iných bioaktívnych látok lipidová dvojvrstva zodpovedá bariére, ktorú sú potrebné na prekonanie ďalších transportných mechanizmov.

Transport cez membránu zodpovedá prechodu látok cez biomembrán. Tu zohrávajú úlohu dva rôzne princípy. Prvým princípom je difúzia alebo voľná penetrácia, druhým je selektívny prenos hmoty. Okrem jednoduchej difúzie sa počítajú aj funkčné princípy, ako je pasívny transport cez kanálové proteíny alebo nosné proteíny a aktívny transport pre transmembránový transport.

Endocytóza, exocytóza a transcytóza patria k transportu vytesňujúcemu membránu. Pretože samotné membránové časti sa počas transportu vytlačeného z membrány posúvajú, niekedy sa tu spomína aj membránový tok.

Membránový transport podporuje bunkové funkcie a bunkovú komunikáciu s prostredím. Selektívna výmena materiálu je umožnená transportnými mechanizmami.

Funkcia a úloha

Lipidová dvojvrstva alebo bimolekulárna lipidová vrstva biomembrány zodpovedá bariére medzi vodnými kompartmentmi vo forme extraplazmatického a cytoplazmatického priestoru. Iba malé molekuly sa môžu rozptyľovať medzi kompartmentmi cez biomembránu, napríklad kyselinu octovú a vodu. Pre väčšie molekuly je rýchlosť difúzie relatívne nízka.

Permeabilita membrán na malé molekuly je tiež známa ako semipermeabilita a tvorí základ osmózy. Podľa súčasných predpokladov je každá biomembrána tekutá štruktúra s dočasnými nepravidelnosťami v lipidovej dvojvrstve. Molekuly s hydrofóbnou vlastnosťou sa rozpúšťajú cez hydrofóbnu membránovú plochu vďaka svojmu distribučnému koeficientu. Ešte väčšie častice, ako sú steroidné hormóny, sa môžu šíriť cez membrány.

Naopak, špecifické molekuly využívajú špecifický membránový transport. Transportná cesta je spojená s integrálnymi membránovými transportnými proteínmi známymi ako translokátory. Špecifický transport je špecifický pre substrát a nasýtiteľný. Translokátory tejto transportnej cesty zahŕňajú nosiče, ktoré sú naložené substrátom a ktoré môžu spôsobiť konformačnú zmenu v membráne, aby sa zaviedol jej náboj.

V dôsledku relatívne vysokých transportných rýchlostí je v každej membráne permanentný transportný kanál. Integrálne membránové proteíny s funkciami v membránovom transporte obvykle zodpovedajú oligomérnym štruktúram. V prípade špecifického transportu je katalyzovaná difúzia bez ďalšej spotreby energie alebo aktívnej prepravy so spotrebou energie.

Katalyzovaná difúzia a aktívny transport ponúkajú možnosť jednosmernej prepravy iba jednej častice a transportu dvoch častíc spolu v rovnakom smere alebo v opačných smeroch. Katalyzovaná difúzia cez membránové transportné proteíny sleduje iba vyrovnávanie koncentrácie pozdĺž existujúceho koncentračného gradientu látok medzi dvoma kompartmentmi bunky. Aktívny transport prebieha vždy proti gradientu koncentrácie.

Póry vonkajšej biomembrány sa používajú na nešpecifický priechod hydrofilných častíc. Skutočný transportný kanál biomembrány sa skladá z ß-listov. Membránový transport je nevyhnutný pre všetky telesné funkcie a tkanivá v tele, napríklad pre nervovú sústavu a jej iónové kanály závislé na napätí.

Choroby a choroby

Poruchy v membránových transportných systémoch môžu spôsobiť vážne poškodenie buniek a dokonca aj zlyhanie orgánov. V čreve alebo obličkách sú poruchy membránového transportu napríklad dôsledkom porúch absorpcie a sekrécie.

Napríklad mitochondriopatie vedú k poruchám transportu membránou. V tomto prípade je ovplyvnený enzýmový systém, ktorý umožňuje výrobu energie oxidačnou fosforyláciou. Poruchy syntázy ATP si v tejto súvislosti zaslúžia osobitnú zmienku. Tento enzým je jedným z najdôležitejších transmembránových proteínov, ktorý napríklad preberá funkciu transportného enzýmu v protónovej pumpe. Enzým katalyzuje prísun ATP v zdravom tele a umožňuje energeticky úsporný transport protónov pozdĺž gradientu protónov s tvorbou ATP. Syntéza ATP je preto jedným z najdôležitejších energetických konvertorov v ľudskom organizme a transformuje jednu formu energie na inú. Mitochondriopatie sú poruchy funkčných metabolických procesov mitochondrií, ktoré spôsobujú znížený prísun syntézy ATP, a tým znižujú výkonnosť tela.

Okrem toho všetky transportné proteíny a enzýmy môžu byť nakoniec ovplyvnené mutáciami alebo poruchami transkripcie. Mutácie v genetickom materiáli transportných proteínov nechávajú ovplyvnené proteíny v modifikovanej forme, takže je transport účinnej látky sťažený. Tento jav je relevantný napríklad pri niektorých chorobách tenkého čreva.

Poruchy toku membrány môžu byť zase spojené s celou radou chorôb. Napríklad u nádorov je endocytóza často ťažšia. Infekcie alebo neurogeneratívne choroby môžu tiež v tomto ohľade spôsobiť poruchy. Neuropatie so zníženou schopnosťou chôdze a zníženou rýchlosťou vedenia nervov, ako aj zmyslové poruchy sú príkladom neurodegeneratívnych ťažkostí v dôsledku zhoršeného toku membrány.

Huntingtonova choroba súvisiaca s mutáciami tiež narušuje tok membrány neurogénne. Okrem toho môže byť toxickým látkam bránená exocytóza neurotransmiterov. Porucha exocytózy je tiež základom metabolických chorôb, ako je cystická fibróza. Poruchy pinocytózy sú teraz tiež spojené s chorobami, ako je Alzheimerova choroba.

Poruchy membránového transportu môžu mať nielen veľa rôznych dôvodov, ale nakoniec môžu viesť aj k mnohým rôznym symptómom a širokému spektru chorôb.