Най- Проницаемост на мембраната характеризира пропускливостта на молекулите през клетъчната мембрана. Всички клетки са отделени от междуклетъчното пространство чрез биомембрани и в същото време съдържат клетъчни органели, които от своя страна са заобиколени от мембрани. Пропускливостта на мембраните е необходима за безпроблемното протичане на биохимичните реакции.
Каква е мембранната пропускливост?
Пропускливостта на мембраната се определя като пропускливостта на биомембраната за течности и разтворени вещества. Клетъчните мембрани обаче не са пропускливи за всички вещества. Следователно те се наричат също полупропускливи мембрани (полупропускливи мембрани).
Биомембраните се състоят от два фосфолипидни слоя, които са пропускливи за газове като кислород или въглероден диоксид, както и за разтворими в липиди неполярни вещества. Тези вещества могат да преминат през мембраните чрез нормална дифузия. Полярните и хидрофилни молекули не се допускат. Те могат да се транспортират през мембраната само чрез пасивни или активни транспортни процеси.
Мембраните защитават вътрешното клетъчно пространство и пространството в клетъчните органели. Те осигуряват поддържането на специални химични и физични условия за важни биохимични реакции без външна намеса.
Пропускливостта на мембраните осигурява селективен транспорт на жизненоважни вещества от извънклетъчното пространство в клетката и отстраняване на метаболитните продукти от клетката. Същото се отнася и за отделните клетъчни органели.
Функция и задача
Мембраните са абсолютно необходими за ненарушения процес на жизненоважни биохимични реакции в клетките и клетъчните органели. Пропускливостта на мембраната е също толкова жизненоважна, за да можем да снабдяваме клетките с важни хранителни вещества като протеини, въглехидрати или мазнини. Минералите, витамините и другите активни съставки също трябва да могат да преминават през мембраната. В същото време се създават метаболитни продукти, които трябва да бъдат изхвърлени от клетката.
Мембраните обаче са пропускливи само за липофилни молекули и малки газови молекули като кислород или въглероден диоксид. Полярни, хидрофилни или големи молекули могат да се транспортират през мембраната само чрез транспортни процеси. Има пасивни и активни варианти за мембранен транспорт за това.
Пасивният транспорт работи без да доставя енергия в посока на потенциал или градиент на концентрация. По-малките липофилни молекули или газови молекули са обект на нормална дифузия. Нормалната дифузия вече не е възможна при по-големи молекули. Определени транспортни протеини или канални протеини могат да улеснят транспортирането тук. Транспортните протеини обхващат мембраната като тунел. По-малки полярни молекули могат да преминават през този тунел чрез действието на полярните аминокиселини. Това също така позволява транспортирането на малки заредени йони през тунела.
Друг вариант на пасивен транспорт е резултат от действието на протеините-носители, които се специализират в определени молекули. Когато молекулата свързва, те променят конформацията си и я транспортират през мембраната.
В случай на активен транспорт на мембраната е необходимо снабдяването с енергия. Съответната молекула се транспортира срещу концентрационен градиент или електрически градиент. Процесите на захранване с енергия са резултат от хидролизата на АТФ, натрупването на градиент на заряда под формата на електрическо поле или увеличаването на ентропията чрез изграждане на концентрационен градиент.
Ендоцитозата или екзоцитозата са налични за вещества, които изобщо не могат да проникнат в мембраната. При ендоцитоза инвагинацията на биомембраната поема капка течност и я транспортира в клетката. Това създава така наречената ендозома, която транспортира важни вещества в цитоплазмата. По време на екзоцитозата отпадъчните продукти в цитоплазмата се извършват навън от покрити с мембрана транспортни везикули.
Болести и неразположения
Нарушенията в мембранната пропускливост могат да доведат до различни болестни състояния. Промените влияят върху пропускливостта на различните йони. Нарушенията на мембранната пропускливост често са резултат от сърдечно-съдови заболявания. Това може да повлияе на електролитния баланс на тялото.
Много от наследствените причини също причиняват нарушения на пропускливостта на мембраната. В структурата на мембраната участват различни протеини и са отговорни за правилната функция на липидния двуслой. Генетичните промени в определени протеини са отговорни за промените в мембранната пропускливост, наред с други неща.
Един пример е болестта Myotonia congenita Thomsen. Това заболяване е генетично нарушение на мускулната функция. Мутира се ген, който кодира хлоридните канали на мембраните на мускулните влакна. Пропускливостта на хлоридните йони е намалена. Това води до по-лесна деполяризация на мускулните влакна, отколкото при здрави хора. Склонността към свиване на мускулите се увеличава, което се усеща като скованост. Например, затворен юмрук може да се отвори само с известно закъснение. Очите могат да се отворят само след 30 секунди след затваряне, което е известно като изоставане с капак.
Има и автоимунни заболявания, които са насочени конкретно към биомембраните. В този контекст е известен така нареченият антифосфолипиден синдром (APS). При това заболяване имунната система на организма е насочена срещу протеини, които са свързани с фосфолипидите в мембраната. Резултатът е повишена коагулация на кръвта. Увеличава се вероятността от инфаркти, инсулти и белодробни емболии.
Нарушения на мембранната пропускливост могат да се открият и в така наречените митохондриопатии. В митохондриите енергия се получава от изгарянето на въглехидрати, мазнини и протеини. Митохондриите са клетъчни органели, които също са заобиколени от мембрана. В тези енергийни централи се произвеждат голям брой свободни радикали. Ако те не бъдат заснети, мембраните ще бъдат повредени. Това силно ограничава функцията на митохондриите. Причините за намалената ефективност на радикалните чистачки обаче са многообразни.
