НАПІВПРОНИКНІ МЕМБРАНИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ТРАНСПОРТ, ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

У напівпроникні мембрани , звані також «селективно проникною» є мембрани , які забезпечують проходження деяких речовин, але запобігти проходження через нього інший. Ці мембрани можуть бути природними або синтетичними.

Природні мембрани - це мембрани всіх живих клітин, тоді як синтетичні мембрани природного походження (целюлоза) чи ні - це ті, які синтезуються для різних цілей.

Схематичне зображення напівпроникної мембрани (Джерело: Адам Ріддзіковський через Wikimedia Commons)

Прикладом корисності штучних або синтетичних напівпроникних мембран є ті, які використовуються для діалізних апаратів нирок, або ті, які використовуються для фільтрації сумішей у промисловості або в різних хімічних процесах.

Проходження речовин через напівпроникну мембрану відбувається за різними механізмами. У клітинних мембранах і в синтетичних мембранах це може відбуватися шляхом дифузії через пори різного діаметру, які «відбирають» за розміром речовини, що перетинають мембрану. Також може статися, що речовини потрапляють шляхом дифузії, розчиняючись у мембрані.

У живих клітинах проходження речовин через мембрани може відбуватися за допомогою транспортерів, які діють за або проти градієнтів концентрації речовин. У цьому випадку градієнт - це різниця концентрації речовини з обох боків мембрани.

Усі клітини на землі мають мембрани, вони захищають і відокремлюють свої внутрішні компоненти від зовнішнього середовища. Без мембран немає клітин і без клітин немає життя.

Оскільки ці мембрани є найпоширенішим прикладом напівпроникних мембран, особливий акцент буде зроблено на них далі.

характеристики

Перші дослідження з метою з'ясування компонентів біологічних мембран були проведені за допомогою еритроцитів. У цих дослідженнях було продемонстровано наявність подвійного шару, що утворює мембрани, і тоді було виявлено, що компонентами цих шарів були ліпіди та білки.

Всі біологічні мембрани складаються з подвійної ліпідної матриці, яка має різні типи білків, "вбудованих".

Ліпідна матриця клітинних мембран складається з насичених і ненасичених жирних кислот; останні надають мембрані певну плинність.

Ліпіди розташовані таким чином, що вони утворюють двошаровий шар, в якому кожен ліпід, який має гідрофільну головку (яка має спорідненість до води) та один або два гідрофобні хвости (водна фобія, відштовхує воду), має вуглеводневі хвости. звернені один до одного в центрі конструкції.

Фосфоліпіди - найпоширеніші ліпіди, що складають біологічні мембрани. До них відносяться фосфатидилхолін, фосфатиділінозитол, фосфатидилетаноламін та фосфатидилсерин.

Приклад напівпроникної біологічної мембрани (Джерело: LadyofHats через Wikimedia Commons)

Серед мембранних ліпідів також є холестерин та гліколіпіди, всі вони мають амфіпатичні властивості.

Білки напівпроникних мембран бувають декількох типів (деякі з них можуть мати ферментативну активність):

(1) ті, що утворюють іонні канали або пори

(2) транспортерні білки

(3) білки, які зв’язують одну клітинську область з іншою і дозволяють тканинам утворюватися

(4) рецепторні білки, які зв'язуються з внутрішньоклітинними каскадами та

Транспорт

У напівпроникній біологічній мембрані транспорт може здійснюватися шляхом простої дифузії, полегшеної дифузії, котранспорту, активного транспорту та вторинного активного транспорту.

Простий дифузійний транспорт

У цьому виді транспорту енергія, яка рухає речовини через мембрану, - це різниця концентрацій, яка існує для цих речовин по обидва боки мембрани.

Таким чином, речовини переходять у більш → менш сенсі, тобто від місця, де вони більш концентровані, до місця, де вони менш концентровані.

Дифузія може статися через те, що речовина розводиться в мембрані або проходить через пори або канали. Пори або канали бувають двох типів: ті, які завжди відкриті, і ті, які відкриваються і закриваються, тобто є тимчасово відкритими.

Пори, які тимчасово відкриваються в свою чергу, можуть бути (1) залежними від напруги, тобто відкриваються у відповідь на певну напругу і (2) ліганд, залежні, які повинні зв'язуватися з певним хімічним речовиною, щоб відкрити.

Транспорт шляхом полегшеної дифузії

У цьому випадку транспортер переміщує речовину, що транспортується, з однієї сторони мембрани на іншу. Ці транспортери - це мембранні білки, які можуть постійно знаходитися на мембрані або у везикулах, які зливаються з нею при необхідності.

Ці транспортери також працюють на користь градієнтів концентрації речовин, які вони транспортують.

Ці види транспорту не потребують споживання енергії і тому їх називають пасивними транспортами, оскільки вони відбуваються на користь градієнта концентрації.

Спільне перевезення

Інший вид пасивного транспорту через напівпроникні мембрани називається котранспортом. У цьому випадку градієнт концентрації однієї речовини використовується для одночасного транспортування іншої проти її градієнта.

Цей вид транспорту може бути в двох формах: симпорт, де дві речовини транспортуються в одному напрямку, і антиспорт, при якому одна речовина транспортується в одному напрямку, а інша - в протилежному напрямку.

Активний транспорт мембрани

Для цього потрібна енергія, а ті, які, як відомо, використовують АТФ, саме тому їх називають АТФазами. Ці транспортери з ферментативною активністю гідролізують АТФ для отримання енергії, необхідної для руху речовин проти їх градієнта концентрації.

Відомо три типи АТФаз:

Насоси Na + / K + і кальцієві насоси (АТФази кальцію). Вони мають структуру, утворену α і ß-субодиницею, вбудованими в мембрану.

ATPases V і ATPases F, які мають характерну форму стебла, що складається з декількох субодиниць і головки, яка обертається навколо стебла.

АТФази V служать для перекачування іонів водню, наприклад, у градієнті концентрації, у шлунку та лізосомах. У деяких везикулах, таких як дофамінергічні, є водневі бомби такого типу, які закачують Н + у везикули.

F АТФази скористаються градієнтом Н + так, що вони пересуваються через його структуру і приймають АДФ і Р і утворюють АТФ, тобто замість гідролізу АТФ вони синтезують його. Вони знаходяться в мембранах мітохондрій.

Вторинний активний транспорт

Саме транспорт, використовуючи електрохімічний градієнт, що генерується АТФазою, тягне іншу речовину проти градієнта. Тобто транспорт другої речовини проти його градієнта концентрації безпосередньо не пов'язаний з використанням АТФ молекулою транспортера.

Особливості

В живих клітинах наявність напівпроникних мембран дає можливість підтримувати всередині них концентрації речовин, які повністю відрізняються від концентрацій одних і тих же речовин у позаклітинному середовищі.

Однак, незважаючи на ці відмінності концентрацій і відкриті канали або пори для певних речовин, ці молекули не виходять або не потрапляють, якщо не потрібні або змінені певні умови.

Причиною цього явища є те, що існує електрохімічна рівновага, яка дозволяє різниці концентрацій у мембранах компенсувати електричним градієнтом, що утворюється дифундуючими іонами, і це відбувається тому, що деякі речовини не можуть вийти всередину клітин. .

Список літератури

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Основна клітинна біологія. Абінгдон: Гарленд Наук, Тейлор і Френсіс Груп.
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2008). Молекулярна біологія клітини (5-е видання). Нью-Йорк: Garland Science, Taylor & Francis Group.
3. Берн, Р., і Леві, М. (1990). Фізіологія. Мосбі; Міжнародне видання Ed.
4. Фокс, С.І. (2006). Фізіологія людини (9-е видання). Нью-Йорк, США: McGraw-Hill Press.
5. Люккей, М. (2008). Мембранна структурна біологія: з біохімічними та біофізичними основами. Cambridge University Press.