HALFDOORLATENDE MEMBRANEN: KENMERKEN, TRANSPORT, FUNCTIES - BIOLOGIE - 2024

De semipermeabele membranen , ook wel "selectief permeabel" genoemd, zijn membranen die de doorgang van sommige stoffen toelaten, maar de doorgang van andere daardoor voorkomen. Deze membranen kunnen natuurlijk of synthetisch zijn.

Natuurlijke membranen zijn de membranen van alle levende cellen, terwijl synthetische membranen, die van natuurlijke oorsprong kunnen zijn (cellulose) of niet, die zijn gesynthetiseerd voor verschillende toepassingen.

Schematische weergave van een semipermeabel membraan (Bron: Adam Rędzikowski via Wikimedia Commons)

Een voorbeeld van de bruikbaarheid van kunstmatige of synthetische semi-permeabele membranen zijn membranen die worden gebruikt voor nierdialysemachines, of die gebruikt worden om mengsels te filteren in de industrie of in verschillende chemische processen.

De doorgang van stoffen door een semipermeabel membraan vindt plaats door verschillende mechanismen. In cel- en synthetische membranen kan dit gebeuren door diffusie door poriën met verschillende diameters, die op grootte de stoffen "selecteren" die het membraan passeren. Het kan ook gebeuren dat stoffen door diffusie binnenkomen en oplossen in het membraan.

In levende cellen kan het passeren van stoffen door de membranen plaatsvinden door middel van transporteurs die voor of tegen de concentratiegradiënten van de stoffen werken. Een gradiënt is in dit geval het verschil in concentratie voor een stof aan beide zijden van een membraan.

Alle cellen op aarde hebben membranen, deze beschermen en scheiden hun interne componenten van de externe omgeving. Zonder membranen zijn er geen cellen en zonder cellen is er geen leven.

Aangezien deze membranen het meest voorkomende voorbeeld zijn van semi-permeabele membranen, zal hier later speciale nadruk op worden gelegd.

kenmerken

De eerste onderzoeken om de componenten van biologische membranen op te helderen, werden gedaan met rode bloedcellen. In deze onderzoeken werd de aanwezigheid van een dubbele laag die de membranen vormt, aangetoond en vervolgens werd ontdekt dat de componenten van deze lagen lipiden en eiwitten waren.

Alle biologische membranen zijn opgebouwd uit een dubbele lipidenmatrix waarin verschillende soorten eiwitten "ingebed" zijn.

De lipidenmatrix van celmembranen bestaat uit verzadigde en onverzadigde vetzuren; deze laatste geven het membraan een zekere vloeibaarheid.

Lipiden zijn zo gerangschikt dat ze een dubbellaag vormen waarin elk lipide, dat een hydrofiele kop heeft (die affiniteit heeft voor water) en een of twee hydrofobe staarten (waterfobie, stoot water af), koolwaterstofstaarten heeft. tegenover elkaar in het midden van de structuur.

Fosfolipiden zijn de meest voorkomende lipiden waaruit biologische membranen bestaan. Deze omvatten fosfatidylcholine, fosfatidylinositol, fosfatidylethanolamine en fosfatidylserine.

Voorbeeld van semi-permeabel biologisch membraan (Bron: LadyofHats via Wikimedia Commons)

Onder de membraanlipiden bevinden zich ook cholesterol en glycolipiden, allemaal met amfipatische eigenschappen.

De eiwitten van semipermeabele membranen zijn van verschillende typen (sommige hiervan kunnen enzymatische activiteit hebben):

(1) die welke ionenkanalen of poriën vormen

(2) transporteiwitten

(3) eiwitten die het ene celgebied aan het andere binden en weefsels laten vormen

(4) receptoreiwitten die binden aan intracellulaire cascades en

Vervoer

In een semipermeabel biologisch membraan kan transport plaatsvinden door eenvoudige diffusie, gefaciliteerde diffusie, gezamenlijk transport, actief transport en secundair actief transport.

Eenvoudig diffusietransport

Bij dit type transport is de energie die stoffen door het membraan beweegt het verschil in concentratie dat voor die stoffen aan beide zijden van het membraan bestaat.

De stoffen passeren dus in meer → minder zin, dat wil zeggen van de plaats waar ze meer geconcentreerd zijn naar de plaats waar ze minder geconcentreerd zijn.

Diffusie kan optreden doordat de stof verdund is in het membraan of door poriën of kanalen gaat. Er zijn twee soorten poriën of kanalen: de poriën of kanalen die altijd open zijn en die welke openen en sluiten, dat wil zeggen, ze zijn tijdelijk open.

De poriën die tijdelijk open zijn, kunnen op hun beurt (1) spanningsafhankelijk zijn, dat wil zeggen, ze openen in reactie op een bepaalde spanning en (2) ligandafhankelijk, die zich aan een specifieke chemische stof moeten binden om te openen.

Transport door gefaciliteerde diffusie

In dit geval verplaatst een transporteur de te transporteren stof van de ene kant van het membraan naar de andere. Deze transporters zijn membraaneiwitten die permanent op het membraan kunnen zitten of in blaasjes die eraan versmelten wanneer dat nodig is.

Deze transporteurs werken ook in het voordeel van de concentratiegradiënten van de stoffen die ze vervoeren.

Deze vormen van transport vereisen geen energieverbruik en worden daarom passieve transporten genoemd, aangezien ze optreden ten gunste van een concentratiegradiënt.

Medevervoer

Een ander type passief transport door semi-permeabele membranen wordt cotransport genoemd. In dit geval wordt de concentratiegradiënt van de ene stof gebruikt voor het gelijktijdige transport van een andere tegen zijn gradiënt.

Dit type transport kan twee vormen aannemen: symport, waarbij de twee stoffen in dezelfde richting worden vervoerd, en antisport, waarbij de ene stof in de ene richting wordt vervoerd en de andere in de tegenovergestelde richting.

Actief membraantransport

Deze vereisen energie en de bekende gebruiken ATP, daarom worden ze ATPases genoemd. Deze transporteurs met enzymatische activiteit hydrolyseren ATP om de energie te verkrijgen die nodig is voor de beweging van stoffen tegen hun concentratiegradiënt in.

Er zijn drie soorten ATPases bekend:

De Na + / K + pompen en de calciumpompen (calcium ATPases). Deze hebben een structuur gevormd door een α en een ß-subeenheid ingebed in het membraan.

ATPases V en ATPases F, die een karakteristieke stengelvorm hebben die bestaat uit verschillende subeenheden en een kop die rond de stengelsubeenheden draait.

ATPases V dienen om waterstofionen tegen een concentratiegradiënt in te pompen, bijvoorbeeld in de maag en in lysosomen. In sommige blaasjes, zoals dopaminerge, zitten waterstofbommen van dit type die H + in de blaasjes pompen.

De F ATPases profiteren van de H + -gradiënt zodat ze door zijn structuur reizen en ADP en P opnemen en ATP vormen, dat wil zeggen dat ze in plaats van ATP te hydrolyseren, het synthetiseren. Deze worden aangetroffen in de membranen van de mitochondriën.

Secundair actief transport

Het is dat transport dat, gebruikmakend van de elektrochemische gradiënt gegenereerd door een ATPase, een andere stof tegen de gradiënt sleept. Dat wil zeggen, het transport van de tweede stof tegen zijn concentratiegradiënt is niet direct gekoppeld aan het gebruik van ATP door het transportmolecuul.

Kenmerken

In levende cellen maakt de aanwezigheid van semipermeabele membranen het mogelijk om daarin concentraties van stoffen te handhaven die totaal verschillen van de concentraties van dezelfde stoffen in de extracellulaire omgeving.

Ondanks deze concentratieverschillen en open kanalen of poriën voor bepaalde stoffen, ontsnappen of komen deze moleculen niet binnen, tenzij bepaalde voorwaarden nodig of veranderd zijn.

De reden voor dit fenomeen is dat er een elektrochemisch evenwicht is dat ervoor zorgt dat de concentratieverschillen over de membranen worden gecompenseerd door de elektrische gradiënt die wordt gegenereerd door de diffundeerbare ionen en dit gebeurt omdat sommige stoffen niet in de cellen kunnen komen. .

Referenties

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Essentiële celbiologie. 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 (5e ed.). New York: Garland Science, Taylor & Francis Group.
3. Berne, R., & Levy, M. (1990). Fysiologie. Mosby; Internationale Ed-editie.
4. Fox, SI (2006). Menselijke fysiologie (9e ed.). New York, VS: McGraw-Hill Press.
5. Luckey, M. (2008). Membraan structurele biologie: met biochemische en biofysische grondslagen. Cambridge University Press.