ПОЛУПРОПУСКЛИВИ МЕМБРАНИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ТРАНСПОРТ, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На полупропускливи мембрани, наричани също "селективно пропускливата" са мембрани, които позволяват преминаването на някои вещества, но предотвратяват преминаването на друга през него. Тези мембрани могат да бъдат естествени или синтетични.

Естествените мембрани са мембраните на всички живи клетки, докато синтетичните мембрани, които могат да бъдат с естествен произход (целулоза) или не, са тези, които се синтезират за различни приложения.

Схематично представяне на полупропусклива мембрана (Източник: Адам Rędzikowski чрез Wikimedia Commons)

Пример за полезността на изкуствените или синтетичните полупропускливи мембрани са тези, използвани за машини за диализа на бъбреците, или тези, използвани за филтриране на смеси в промишлеността или в различни химични процеси.

Преминаването на вещества през полупропусклива мембрана става по различни механизми. В клетъчните мембрани и в синтетичните мембрани това може да се случи чрез дифузия през пори с различен диаметър, които "подбират" по размер веществата, които преминават през мембраната. Може също така да се случи, че вещества навлизат чрез дифузия, разтваряща се в мембраната.

В живите клетки преминаването на веществата през мембраните може да се извърши с помощта на транспортери, които действат за или против градиентите на концентрацията на веществата. В този случай градиентът е разликата в концентрацията на вещество от двете страни на мембраната.

Всички клетки на земята имат мембрани, които защитават и отделят вътрешните си компоненти от външната среда. Без мембрани няма клетки и без клетки няма живот.

Тъй като тези мембрани са най-често срещаният пример за полупропускливи мембрани, по-долу ще бъде поставен специален акцент.

характеристики

Първите изследвания за изясняване на компонентите на биологичните мембрани са направени с помощта на червени кръвни клетки. В тези проучвания е доказано наличието на двоен слой, образуващ мембраните и след това е установено, че компонентите на тези слоеве са липиди и протеини.

Всички биологични мембрани са изградени от двойна липидна матрица, която има различни видове протеини, "вградени".

Липидният матрикс на клетъчните мембрани е изграден от наситени и ненаситени мастни киселини; последните дават на мембраната определена течливост.

Липидите са подредени по такъв начин, че да образуват двуслоен слой, в който всеки липид, който има хидрофилна глава (която има афинитет към водата) и един или два хидрофобни опашки (водна фобия, отблъсква вода), има опашки от въглеводород. обърнати един към друг в центъра на конструкцията.

Фосфолипидите са най-разпространените липиди, които изграждат биологични мембрани. Те включват фосфатидилхолин, фосфатидилинозитол, фосфатидилетаноламин и фосфатидилсерин.

Пример за полупропусклива биологична мембрана (Източник: LadyofHats чрез Wikimedia Commons)

Сред мембранните липиди има и холестерол и гликолипиди, всички те с амфипатични свойства.

Протеините на полупропускливи мембрани са от няколко вида (някои от тях могат да имат ензимна активност):

(1) тези, които образуват йонни канали или пори

(2) преносители протеини

(3) протеини, които свързват един клетъчен участък с друг и позволяват на тъканите да се образуват

(4) рецепторни протеини, които се свързват с вътреклетъчни каскади и

транспорт

В полупропусклива биологична мембрана транспортът може да бъде чрез обикновена дифузия, улеснена дифузия, котранспорт, активен транспорт и вторичен активен транспорт.

Прост дифузионен транспорт

При този вид транспорт енергията, която движи веществата през мембраната, е разликата в концентрацията, която съществува за тези вещества от двете страни на мембраната.

Така веществата преминават в по-→ по-малък смисъл, тоест от мястото, където са по-концентрирани, до мястото, където са по-малко концентрирани.

Дифузия може да възникне, тъй като веществото се разрежда в мембраната или преминава през порите или каналите. Порите или каналите са от два вида: тези, които са винаги отворени и тези, които се отварят и затварят, тоест временно се отварят.

Порите, които преходно се отварят от своя страна, могат да бъдат (1) зависими от напрежението, тоест се отварят в отговор на определено напрежение и (2) лиганд, които трябва да се свързват с някакъв специфичен химикал, който да се отвори.

Транспортиране чрез улеснена дифузия

В този случай транспортьорът премества веществото, което ще се транспортира от едната страна на мембраната до другата. Тези преносители са мембранни протеини, които могат да бъдат постоянно върху мембраната или във везикули, които се сливат с нея, когато е необходимо.

Тези превозвачи също работят в полза на градиентите на концентрацията на веществата, които транспортират.

Тези видове транспорт не изискват консумация на енергия и поради това се наричат ​​пасивни транспорти, тъй като се случват в полза на концентрационен градиент.

Co-транспорт

Друг вид пасивен транспорт през полупропускливи мембрани се нарича котранспорт. В този случай концентрационният градиент на едно вещество се използва за едновременния транспорт на друго срещу неговия градиент.

Този вид транспорт може да бъде под две форми: симпорт, при който двете вещества се транспортират в една и съща посока, и антиспорт, при което едно вещество се транспортира в една посока, а другото в обратна посока.

Активен транспорт на мембраната

Те изискват енергия и тези, които са известни, използват ATP, поради което се наричат ​​ATPases. Тези транспортери с ензимна активност хидролизират ATP, за да получат енергията, необходима за движението на веществата спрямо техния градиент на концентрация.

Известни са три типа ATPases:

Помпите Na + / K + и калциевите помпи (калциеви АТФази). Те имат структура, образувана от α и ß субединица, вградени в мембраната.

ATPases V и ATPases F, които имат характерна форма на стъблото, съставена от няколко субединици и глава, която се върти около стволовите субединици.

АТФазите V служат за изпомпване на водородни йони срещу градиент на концентрация, например в стомаха и в лизозомите. В някои везикули, като допаминергичните, има водородни бомби от този тип, които изпомпват Н + във везикулите.

F ATPases се възползват от Н + градиента, така че те преминават през неговата структура и приемат ADP и P и образуват ATP, тоест вместо да хидролизират ATP, те го синтезират. Те се намират в мембраните на митохондриите.

Вторичен активен транспорт

Именно този транспорт, използвайки електрохимичния градиент, генериран от АТФаза, влачи друго вещество срещу градиента. Тоест, транспортирането на второто вещество срещу неговия градиент на концентрация не е пряко свързано с използването на АТФ от молекулата на транспортера.

Характеристика

В живите клетки наличието на полупропускливи мембрани позволява да се поддържат в тях концентрации на вещества, които са напълно различни от концентрациите на едни и същи вещества в извънклетъчната среда.

Въпреки тези разлики в концентрациите и отворените канали или пори за определени вещества, тези молекули не избягат или влизат, освен ако не са необходими или променени определени условия.

Причината за това явление е, че съществува електрохимично равновесие, което причинява разликите в концентрацията в мембраните да се компенсират от електрическия градиент, генериран от дифузионните йони, и това се случва, защото някои вещества не могат да излязат вътре в клетките.,

Препратки

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Съществена клетъчна биология. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2008). Молекулярна биология на клетката (5-то издание). Ню Йорк: Garland Science, Taylor & Francis Group.
3. Berne, R., & Levy, M. (1990). Физиология. Mosby; Международно издание Ed.
4. Fox, SI (2006). Човешка физиология (9-то изд.). Ню Йорк, САЩ: McGraw-Hill Press.
5. Luckey, M. (2008). Мембранна структурна биология: с биохимични и биофизични основи. Cambridge University Press.