FÉLÁTERESZTŐ MEMBRÁNOK: JELLEMZŐK, SZÁLLÍTÁS, FUNKCIÓK - BIOLÓGIA - 2026

A féligáteresztő membránok, amelyeket szelektíven áteresztőképességnek is neveznek, olyan membránok, amelyek lehetővé teszik bizonyos anyagok átjutását, de megakadályozzák más áthatolását. Ezek a membránok lehetnek természetes vagy szintetikusak.

A természetes membránok az összes élő sejt membránjai, míg a szintetikus membránok, amelyek természetes eredetűek is lehetnek (cellulóz) vagy sem, különféle felhasználások céljára szintetizáltak.

A féligáteresztő membrán sematikus ábrázolása (Forrás: Adam Rędzikowski a Wikimedia Commons segítségével)

A mesterséges vagy szintetikus féligpermeábilis membránok alkalmazására példa a vese-dialízisgépeknél használt keverékek, vagy azok, amelyeket ipari keverékek vagy más kémiai folyamatok keverékének szűrésére használnak.

Az anyagok áthaladása egy féligáteresztő membránon különböző mechanizmusok révén zajlik. A sejt- és a szintetikus membránokban ez eltérő átmérőjű pórusokon keresztül történő diffúzióval fordulhat elő, amelyek méretük szerint "választják ki" a membránon áthaladó anyagokat. Előfordulhat, hogy az anyagok diffúzió útján is belépnek, és feloldódnak a membránban.

Az élő sejtekben az anyagok átjuthatnak a membránokon olyan transzporterek útján, amelyek az anyagok koncentrációs gradiensei mellett vagy ellen hatnak. A gradiens ebben az esetben az anyag koncentrációjának különbsége a membrán mindkét oldalán.

A földön lévő összes sejt membránnal rendelkezik, ezek védik és elválasztják belső alkotóelemeiket a külső környezettől. Membránok nélkül nincs sejt, sejtek nélkül pedig nincs élet.

Mivel ezek a membránok a féligpermeábilis membránok leggyakoribb példái, különös hangsúlyt fektetünk ezekre.

jellemzők

A biológiai membránok alkotóelemeinek tisztázására az első vizsgálatokat vörösvértestek felhasználásával végezték. Ezekben a vizsgálatokban kimutatták a membránokat képező kettős réteg jelenlétét, majd felfedezték, hogy ezeknek a rétegeknek a komponensei lipidek és fehérjék.

Az összes biológiai membrán kettős lipid mátrixból áll, amelyben különféle típusú proteinek vannak „beágyazva”.

A sejtmembránok lipid mátrixát telített és telítetlen zsírsavak alkotják; ez utóbbiak bizonyos rugalmasságot adnak a membránnak.

A lipidek oly módon vannak elrendezve, hogy kettős réteget képezzenek, amelyben minden lipidnek, amelynek hidrofil fejje (amely vízhez affinitást mutat) és egy vagy két hidrofób farok (vízfóbia, taszítja a vizet), szénhidrogén farokkal rendelkezik. egymással szemben a szerkezet közepén.

A foszfolipidek a legelterjedtebb lipidek, amelyek biológiai membránokat alkotnak. Ide tartoznak a foszfatidilkolin, foszfatidil-inozitol, foszfatidil-etanol-amin és foszfatidil-szerin.

Példa a félig áteresztő biológiai membránra (Forrás: LadyofHats a Wikimedia Commons segítségével)

A membrán lipidek között vannak koleszterin és glikolipidek is, amelyek mindegyike amfipátiás tulajdonságokkal rendelkezik.

A féligáteresztő membránok proteinjei többféleek (ezek közül néhány enzimatikus aktivitással rendelkezik):

(1) amelyek ioncsatornákat vagy pórusokat képeznek

(2) transzportfehérjék

(3) olyan fehérjék, amelyek az egyik sejtrégiót a másikhoz kötik és lehetővé teszik a szövetek kialakulását

(4) receptorfehérjék, amelyek az intracelluláris kaszkádokhoz kötődnek és

Szállítás

Egy féligáteresztő biológiai membránban a transzport egyszerű diffúzióval, megkönnyített diffúzióval, ko-transzporttal, aktív transzporttal és szekunder aktív transzporttal történhet.

Egyszerű diffúziós transzport

Az ilyen típusú szállítás során az anyagok, amelyek az anyagokat a membránon mozgatják, az a koncentráció különbség, amely ezen anyagokon a membrán mindkét oldalán fennáll.

Így az anyagok áthaladnak → kevésbé értelemben, azaz azon a helyen, ahol nagyobb koncentrációban vannak, azon a helyen, ahol kevésbé koncentrálódnak.

Diffúzió akkor fordulhat elő, mert az anyag hígul a membránban, vagy átjut a pórusokon vagy csatornákon. A pórusok vagy csatornák kétféle típusúak: mindig nyitottak és azok, amelyek nyitva vannak és záródnak, vagyis ideiglenesen nyitottak.

Az átmenetileg nyitott pórusok viszont lehetnek (1) feszültségfüggőek, vagyis bizonyos feszültségre válaszul nyitottak és (2) ligandumfüggőek, amelyeknek kötődniük kell valamilyen meghatározott vegyi anyaghoz.

Szállítás könnyített diffúzióval

Ebben az esetben egy transzporter mozgatja a szállítandó anyagot a membrán egyik oldaláról a másikra. Ezek a transzporterek membránfehérjék, amelyek tartósan lehetnek a membránon vagy a vezikulákban, amelyek szükség esetén ehhez kapcsolódnak.

Ezek a transzporterek a szállított anyagok koncentrációs gradiensei mellett is dolgoznak.

Az ilyen típusú szállítás nem igényel energiafogyasztást, ezért passzív szállításnak nevezzük, mivel a koncentráció-gradiens javára történnek.

Co-szállítás

A félig áteresztő membránokon keresztüli passzív transzport másik típusát kotranszportnak nevezzük. Ebben az esetben az egyik anyag koncentráció-gradienst használják egy másik anyag egyidejű szállítására a gradiens ellen.

Ez a fajta szállítás kétféle formában lehet: symport, ahol a két anyagot azonos irányban szállítják, és antisport, amelyben az egyik anyag az egyik irányba, a másik az ellenkező irányba szállítódik.

Aktív membránszállítás

Ezek energiát igényelnek, és azok, amelyekről ismert, hogy ATP-t használnak, ezért hívják őket ATPázoknak. Ezek az enzimatikus aktivitású transzporterek az ATP-t hidrolizálják, hogy megszerezzék az anyagok mozgásához szükséges energiát a koncentráció-gradiensükkel szemben.

Három típusú ATPázok ismertek:

A Na + / K + szivattyúk és a kalcium szivattyúk (kalcium ATPázok). Ezeknek a szerkezete a membránba ágyazott α és ß alegység.

V ATPázok V és ATPázok F, amelyek jellegzetes szár formájúak, több alegységből és egy fejből, amely a szár alegysége körül forog.

Az V ATPázok például a hidrogénionok szivattyúzására szolgálnak például a koncentráció-gradiens ellen, a gyomorban és a lizoszómákban. Néhány vezikulában, például a dopaminerg terekben, vannak ilyen típusú hidrogénbombák, amelyek H + -ot pumpálnak a vezikulumokba.

Az F-ATPázok kihasználják a H + gradienst, hogy áthaladjanak a szerkezetükön, és vegyenek ADP-t és P-t, és az ATP-t képezzék, vagyis az ATP hidrolizálása helyett szintetizálják. Ezek megtalálhatók a mitokondriumok membránjaiban.

Másodlagos aktív szállítás

Az a transzport az ATPáz által létrehozott elektrokémiai gradienst felhasználva egy másik anyagot a gradiens felé húzza. Vagyis a második anyagnak a koncentráció-gradienshez viszonyított szállítása nem kapcsolódik közvetlenül az ATP használatához a transzporter molekulában.

Jellemzők

Az élő sejtekben a féligáteresztő membránok jelenléte lehetővé teszi azokban az anyagok olyan koncentrációinak fenntartását, amelyek teljesen különböznek az ugyanazon anyagok koncentrációjától az extracelluláris környezetben.

Ezeknek a koncentráció-különbségeknek és bizonyos anyagok nyitott csatornáinak vagy pórusainak ellenére ezek a molekulák csak akkor lépnek ki, vagy lépnek be, ha bizonyos körülményekre szükség van vagy megváltoznak.

Ennek a jelenségnek az oka, hogy van egy olyan elektrokémiai egyensúly, amely a membránok közötti koncentrációbeli különbségeket kompenzálja a diffúziós ionok által generált elektromos gradienssel, és ez azért fordul elő, mert egyes anyagok nem tudnak kijutni a sejtek belsejébe..

Irodalom

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Alapvető sejtbiológia. Abingdon: Garland Science, Taylor és Francis csoport.
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. és Walter, P. (2008). A sejt molekuláris biológiája (5. kiadás). New York: Garland Science, Taylor és Francis csoport.
3. Berne, R. és Levy, M. (1990). Fiziológia. Mosby; Nemzetközi kiadás.
4. Fox, SI (2006). Humán fiziológia (9. kiadás). New York, USA: McGraw-Hill Press.
5. Luckey, M. (2008). Membránszerkezeti biológia: biokémiai és biofizikai alapokkal. Cambridge University Press.