SEMIPERMEABLE MEMBRANER: EGENSKABER, TRANSPORT, FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

De semipermeable membraner, også kaldet "selektivt permeabel", er membraner, der tillader passage af nogle stoffer, men forhindrer passage af andre derigennem. Disse membraner kan være naturlige eller syntetiske.

Naturlige membraner er membranerne i alle levende celler, mens syntetiske membraner, der kan være af naturlig oprindelse (cellulose) eller ej, er dem, der syntetiseres til forskellige anvendelser.

Skematisk repræsentation af en semipermeabel membran (Kilde: Adam Rędzikowski via Wikimedia Commons)

Et eksempel på anvendeligheden af ​​kunstige eller syntetiske semipermeable membraner er dem, der anvendes til nyredialysemaskiner, eller dem, der bruges til at filtrere blandinger i industrien eller i forskellige kemiske processer.

Passager af stoffer gennem en semipermeabel membran sker ved forskellige mekanismer. I celle- og syntetiske membraner kan dette ske ved diffusion gennem porer med forskellige diametre, der "vælger" efter størrelse de stoffer, der krydser membranen. Det kan også ske, at stoffer trænger ind ved diffusionsopløsning i membranen.

I levende celler kan passage af stoffer gennem membranerne forekomme ved hjælp af transportører, der virker for eller imod koncentrationens gradienter af stofferne. En gradient er i dette tilfælde forskellen i koncentration for et stof på begge sider af en membran.

Alle celler på jorden har membraner, disse beskytter og adskiller deres indre komponenter fra det ydre miljø. Uden membraner er der ingen celler, og uden celler er der ikke noget liv.

Da disse membraner er det mest almindelige eksempel på semi-permeable membraner, vil der blive lagt særlig vægt på disse i det følgende.

egenskaber

De første undersøgelser for at belyse komponenterne i biologiske membraner blev udført ved hjælp af røde blodlegemer. I disse undersøgelser blev tilstedeværelsen af ​​et dobbelt lag, der dannede membranerne, påvist, og det blev derefter opdaget, at komponenterne i disse lag var lipider og proteiner.

Alle biologiske membraner består af en dobbelt lipidmatrix, der har forskellige typer proteiner "indlejret".

Lipidmatrixen af ​​cellemembraner består af mættede og umættede fedtsyrer; sidstnævnte giver membranen en vis fluiditet.

Lipider er arrangeret på en sådan måde, at de danner et dobbeltlag, hvori hver lipid, der har et hydrofilt hoved (som har en affinitet for vand) og et eller to hydrofobe haler (vand fobi, afviser vand), har carbonhydrid haler. vender mod hinanden i midten af ​​strukturen.

Phospholipider er de mest rigelige lipider, der udgør biologiske membraner. Disse inkluderer phosphatidylcholin, phosphatidylinositol, phosphatidylethanolamin og phosphatidylserin.

Eksempel på semipermeabel biologisk membran (Kilde: LadyofHats via Wikimedia Commons)

Blandt membranlipiderne er der også kolesterol og glycolipider, alle med amfipatiske egenskaber.

Proteinerne fra semipermeable membraner er af flere typer (nogle af disse kan have enzymatisk aktivitet):

(1) dem, der danner ionkanaler eller porer

(2) transporterproteiner

(3) proteiner, der binder et celleområde til et andet og tillader væv at dannes

(4) receptorproteiner, der binder til intracellulære kaskader og

Transportere

I en semipermeabel biologisk membran kan transport ske ved simpel diffusion, lettere diffusion, cotransport, aktiv transport og sekundær aktiv transport.

Enkel diffusionstransport

I denne type transport er energien, der bevæger stoffer gennem membranen, forskellen i koncentration, der findes for disse stoffer på begge sider af membranen.

Således passerer stofferne i en mere → mindre forstand, det vil sige fra det sted, hvor de er mere koncentreret til det sted, hvor de er mindre koncentreret.

Diffusion kan forekomme, fordi stoffet fortyndes i membranen eller passerer gennem porer eller kanaler. Porer eller kanaler er af to typer: dem, der altid er åbne, og dem, der åbnes og lukkes, dvs. de er midlertidigt åbne.

De porer, der er forbigående åbne i sin tur, kan være (1) spændingsafhængige, det vil sige, de åbner som respons på en bestemt spænding og (2) ligandafhængig, som skal binde til et specifikt kemikalie for at åbne.

Transport ved lettere diffusion

I dette tilfælde flytter en transportør stoffet, der skal transporteres fra den ene side af membranen til den anden. Disse transportører er membranproteiner, der kan være permanent på membranen eller i vesikler, der smelter sammen, når det er nødvendigt.

Disse transportører arbejder også til fordel for koncentrationsgradienterne af de stoffer, de transporterer.

Disse typer transport kræver ikke energiforbrug og kaldes derfor passive transporter, da de forekommer til fordel for en koncentrationsgradient.

Co-transport

En anden type passiv transport gennem semi-permeable membraner kaldes cotransport. I dette tilfælde bruges koncentrationsgradienten for et stof til samtidig transport af et andet mod dets gradient.

Denne type transport kan være i to former: symport, hvor de to stoffer transporteres i samme retning, og antisport, hvor det ene stof transporteres i den ene retning og det andet i den modsatte retning.

Aktiv membrantransport

Disse kræver energi, og dem, der er kendt, bruger ATP, hvorfor de kaldes ATPaser. Disse transportører med enzymatisk aktivitet hydrolyserer ATP for at opnå den krævede energi til bevægelse af stoffer mod deres koncentrationsgradient.

Tre typer ATPases er kendt:

Na + / K + -pumperne og calciumpumperne (calcium-ATPaser). Disse har en struktur dannet af en a og en ß-underenhed indlejret i membranen.

ATPaser V og ATPaser F, som har en karakteristisk stængelform bestående af flere underenheder og et hoved, der roterer rundt om stammeunderenhederne.

ATPaser V tjener til at pumpe brintioner mod en koncentrationsgradient, i maven og i lysosomer, for eksempel. I nogle vesikler, såsom dopaminerge, er der brintbomber af denne type, der pumper H + ind i vesiklerne.

F ATPaserne drager fordel af H + -gradienten, så de rejser gennem dens struktur og tager ADP og P og danner ATP, dvs. i stedet for at hydrolysere ATP, syntetiserer de den. Disse findes i membranerne i mitokondrierne.

Sekundær aktiv transport

Det er denne transport, der ved hjælp af den elektrokemiske gradient genereret af en ATPase trækker et andet stof mod gradienten. Det vil sige, transporten af ​​det andet stof mod dets koncentrationsgradient er ikke direkte koblet til anvendelsen af ​​ATP af transportermolekylet.

Funktioner

I levende celler gør tilstedeværelsen af ​​semipermeable membraner det muligt at opretholde koncentrationer af stoffer, der er helt forskellige fra koncentrationerne af de samme stoffer i det ekstracellulære miljø.

På trods af disse koncentrationsforskelle og eksistensen af ​​åbne kanaler eller porer for visse stoffer slipper disse molekyler ikke ind eller kommer ind, medmindre visse betingelser er nødvendige eller ændres.

Årsagen til dette fænomen er, at der er en elektrokemisk ligevægt, der medfører, at forskelle i koncentration over membranerne kompenseres af den elektriske gradient, der genereres af de diffunderbare ioner, og dette opstår, fordi nogle stoffer ikke kan komme ud i cellerne..

Referencer

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Væsentlig cellebiologi. 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 (5. udg.). New York: Garland Science, Taylor & Francis Group.
3. Berne, R., & Levy, M. (1990). Fysiologi. Mosby; International Ed-udgave.
4. Fox, SI (2006). Human Physiology (9. udg.). New York, USA: McGraw-Hill Press.
5. Luckey, M. (2008). Membranstrukturbiologi: med biokemiske og biofysiske fundamenter. Cambridge University Press.