Membrantransport

På Membrantransport stoffer passerer gjennom en biologisk membran eller transporteres aktivt gjennom membraner. I motsetning til aktiv transport er diffusjon den enkleste membrantransportveien og krever ingen ekstra energi. Membrantransportforstyrrelser er assosiert med en rekke forskjellige sykdommer.

Hva er membrantransport?

Biomembraner omslutter områder som cytoplasma av celler og genererer dermed en kontrollert region med et relativt uavhengig miljø fra omverdenen. Det spesifikke cellemiljøet inne i celler kan bare bygges opp og vedlikeholdes på grunn av skjerming fra omverdenen.

Det doble laget av en biomembran består av fosfolipider og er bare gjennomtrengelig for gasser og små, i de fleste tilfeller uladede molekyler. For hydrofile polære ioner og andre bioaktive stoffer tilsvarer lipid-dobbeltlaget en barriere, som ytterligere transportmekanismer er nødvendige for å overvinne.

Membrantransport tilsvarer passering av stoffer gjennom en biomembran. To forskjellige prinsipper spiller en rolle her. Det første prinsippet er diffusjon eller fri gjennomtrengning, det andre er selektiv masseoverføring. I tillegg til enkel diffusjon, teller også funksjonelle prinsipper som passiv transport gjennom kanalproteiner eller bærerproteiner og aktiv transport for transmembrantransport.

Endocytose, eksocytose og transcytose hører til membranfortrengende transport. Siden membrandeler i seg selv forskyves under membranfortrengende transport, nevnes noen ganger også en membranstrøm her.

Membrantransport støtter cellefunksjoner og cellekommunikasjon med miljøet. Selektiv materialutveksling er muliggjort av transportmekanismene.

Funksjon & oppgave

Lipid-dobbeltlaget eller det bimolekylære lipidsjiktet i en biomembran tilsvarer en barriere mellom vandige rom i form av det ekstraplasmatiske og cytoplasmatiske rommet. Bare små molekyler kan diffundere mellom rommene gjennom en biomembran, for eksempel eddiksyre så vel som vann. For større molekyler er diffusjonshastigheten relativt lav.

Permeabiliteten til membraner for små molekyler er også kjent som semipermeabilitet og danner grunnlaget for osmose. I henhold til nåværende antakelser er hver biomembran en væskestruktur med midlertidige uregelmessigheter i lipid-dobbeltlaget. Molekyler med en hydrofob egenskap løses opp gjennom det hydrofobe membranområdet på grunn av deres distribusjonskoeffisient. Selv større partikler som steroidhormoner kan diffundere over membraner.

I kontrast bruker spesifikke molekyler spesifikk membrantransport. Transportveien er bundet til integrerte membrantransportproteiner kjent som translokatorer. Den spesifikke transporten er substratspesifikk og mettbar. Translokatorene til denne transportbanen inkluderer bærere som er lastet med underlaget, og som kan føre til en konformasjonsendring i membranen for å innføre ladningen.

På grunn av de relativt høye transporthastighetene, er det en permanent transportkanal i hver membran. De integrerte membranproteinene med funksjoner i membrantransport tilsvarer vanligvis oligomere strukturer. Ved spesifikk transport er det katalysert diffusjon uten ekstra energiforbruk eller aktiv transport med energiforbruk.

Katalysert diffusjon og aktiv transport gir muligheten for bare å transportere en enkelt partikkel ensrettet, og transportere to partikler sammen i samme retning eller i motsatte retninger. Katalysert diffusjon gjennom membrantransportproteiner følger bare konsentrasjonsutjevningen langs den eksisterende konsentrasjonsgradienten av stoffer mellom de to avdelingene i cellen. Aktiv transport skjer alltid mot konsentrasjonsgradienten.

Porer i den ytre biomembranen brukes til uspesifikk passering av hydrofile partikler. Selve transportkanalen til en biomembran består av β-ark. Membrantransport er uunnværlig for alle kroppsfunksjoner og vev i kroppen, for eksempel for nervesystemet og dets spenningsavhengige ionekanaler.

Sykdommer og plager

Forstyrrelser i membrantransportsystemene kan forårsake alvorlig celleskade og til og med organsvikt. Innenfor tarmen eller nyrene skyldes forstyrrelser i membrantransporten for eksempel fra absorpsjons- og sekresjonsforstyrrelser.

Mitokondriopatier fører for eksempel til membrantransportforstyrrelser. I dette tilfellet påvirkes enzymsystemet, som gjør det mulig å generere energi ved hjelp av oksidativ fosforylering. Forstyrrelser av ATP-syntasen fortjener spesiell omtale i denne sammenhengen. Dette enzymet er et av de viktigste transmembranproteinene som for eksempel tar på seg funksjonen til et transportenzym i protonpumpen. Enzymet katalyserer tilførselen av ATP i den sunne kroppen og muliggjør energisparende protontransport langs protongradienten med ATP-formasjon. ATP-syntase er derfor en av de viktigste energiomformerne i den menneskelige organismen og omdanner en form for energi til en annen. Mitokondriopatier er funksjonsfeil i de mitokondrielle metabolske prosessene som forårsaker redusert tilførsel av ATP-syntese og dermed reduserer kroppens ytelse.

I tillegg kan alle transporterproteiner og enzymer til slutt påvirkes av mutasjoner eller transkripsjonsdefekter. Mutasjoner i det genetiske materialet til transportørproteiner etterlater de berørte proteiner i en modifisert form slik at transport av virkestoff blir vanskeligere. Dette fenomenet er relevant for noen sykdommer i tynntarmen, for eksempel.

Forstyrrelser i membranstrømmen kan igjen assosieres med en lang rekke sykdommer. I svulster er for eksempel ofte endocytose vanskeligere. Infeksjoner eller nevrogenererende sykdommer kan også forårsake lidelser i denne forbindelse. Neuropatier med nedsatt gangevne og redusert nerveledningshastighet samt sensoriske lidelser er et eksempel på nevrodegenerative klager på grunn av nedsatt membranstrøm.

Den mutasjonsrelaterte Huntingtons sykdom forstyrrer også membranstrømmen neurogenisk. I tillegg kan eksocytosen av nevrotransmitterne hindres på grunn av giftstoffer. Forstyrret eksocytose er også grunnlaget for metabolske sykdommer som cystisk fibrose. Forstyrrelser av pinocytose er nå også forbundet med sykdommer som Alzheimers.

Forstyrrelser i membrantransporten kan ikke bare ha mange forskjellige årsaker, men til slutt også føre til mange forskjellige symptomer og et stort utvalg av sykdommer.