Membránový transport

Na Membránový transport látky procházejí biologickou membránou nebo jsou aktivně transportovány přes membrány. Na rozdíl od aktivního transportu je difúze nejjednodušší cestou membránového transportu a nevyžaduje žádnou další energii. Poruchy membránového transportu jsou spojeny s řadou různých onemocnění.

Co je to membránový transport?

Biomembrány obklopují oblasti, jako je cytoplazma buněk, a tak vytvářejí kontrolovanou oblast s relativně nezávislým prostředím z vnějšího světa. Specifické buněčné prostředí uvnitř buněk lze vytvořit a udržovat pouze díky stínění před vnějším světem.

Dvojitá vrstva biomembrány sestává z fosfolipidů a je propustná pouze pro plyny a malé, většinou nenabité molekuly. U hydrofilních polárních iontů a jiných bioaktivních látek odpovídá lipidová dvojvrstva bariéře, kterou je třeba překonat pomocí dalších transportních mechanismů.

Membránový transport odpovídá průchodu látek biomembránou. Zde hrají roli dva různé principy. Prvním principem je difúze nebo volný průnik, druhým je selektivní přenos hmoty. Kromě jednoduché difúze se počítají také funkční principy, jako je pasivní transport přes kanálové proteiny nebo nosné proteiny a aktivní transport pro transmembránový transport.

Endocytóza, exocytóza a transcytóza patří k transportu vytěsňujícímu membránu. Protože se membránové části samy během transportu přemístění membrány posunou, někdy se zde také zmiňuje membránový tok.

Membránový transport podporuje buněčné funkce a buněčnou komunikaci s prostředím. Selektivní výměna materiálu je možná pomocí transportních mechanismů.

Funkce a úkol

Lipidová dvojvrstva nebo bimolekulární lipidová vrstva biomembrány odpovídá bariéře mezi vodnými kompartmenty ve formě extraplazmatického a cytoplazmatického prostoru. Pouze malé molekuly mohou difundovat mezi kompartmenty prostřednictvím biomembrány, například kyseliny octové a vody. Pro větší molekuly je rychlost difúze relativně nízká.

Propustnost membrán pro malé molekuly je také známá jako semipermeabilita a tvoří základ osmózy. Podle současných předpokladů je každá biomembrána tekutá struktura s dočasnými nepravidelnostmi v lipidové dvojvrstvu. Molekuly s hydrofobní vlastností se rozpouštějí v hydrofobní oblasti membrány díky jejich distribučnímu koeficientu. Dokonce i větší částice, jako jsou steroidní hormony, se mohou šířit přes membrány.

Naproti tomu specifické molekuly využívají specifický transport membrán. Transportní cesta je vázána na integrální membránové transportní proteiny známé jako translokátory. Specifický transport je specifický pro substrát a saturovatelný. Translokátory této transportní cesty zahrnují nosiče, které jsou naloženy substrátem a které mohou způsobit konformační změnu v membráně za účelem zavedení jejího náboje.

V důsledku relativně vysokých transportních rychlostí je v každé membráně permanentní transportní kanál. Integrální membránové proteiny s funkcemi v membránovém transportu obvykle odpovídají oligomerním strukturám. V případě specifického transportu dochází ke katalyzované difúzi bez další spotřeby energie nebo aktivního transportu se spotřebou energie.

Katalyzovaná difúze a aktivní transport nabízejí možnost jednosměrné dopravy pouze jedné částice a transportu dvou částic společně ve stejném směru nebo v opačných směrech. Katalyzovaná difúze membránovými transportními proteiny sleduje pouze vyrovnávání koncentrací podél existujícího koncentračního gradientu látek mezi dvěma kompartmenty buňky. Aktivní transport vždy probíhá proti koncentračnímu gradientu.

Póry vnější biomembrány se používají pro nespecifický průchod hydrofilních částic. Skutečný transportní kanál biomembrány se skládá z β-listů. Membránový transport je nezbytný pro všechny tělesné funkce a tkáně v těle, například pro nervový systém a jeho iontové kanály závislé na napětí.

Nemoci a nemoci

Poruchy v membránových transportních systémech mohou způsobit vážné poškození buněk a dokonce i selhání orgánů. Ve střevě nebo ledvinách jsou poruchy membránového transportu způsobeny například poruchami absorpce a sekrece.

Například mitochondriopatie vedou k poruchám transportu membrány. V tomto případě je ovlivněn enzymový systém, který umožňuje generování energie pomocí oxidační fosforylace. Poruchy syntázy ATP si v této souvislosti zaslouží zvláštní zmínku. Tento enzym je jedním z nejdůležitějších transmembránových proteinů, který například přebírá funkci transportního enzymu v protonové pumpě. Enzym katalyzuje přísun ATP do zdravého těla a umožňuje energeticky úsporný transport protonů podél protonového gradientu s tvorbou ATP. Syntéza ATP je proto jedním z nejdůležitějších energetických konvertorů v lidském organismu a transformuje jednu formu energie na jinou. Mitochondriopatie jsou poruchy funkčních mitochondriálních metabolických procesů, které způsobují snížený přísun syntézy ATP a tím i snížení tělesného výkonu.

Kromě toho mohou být všechny transportní proteiny a enzymy nakonec ovlivněny mutacemi nebo transkripčními defekty. Mutace v genetickém materiálu transportních proteinů ponechávají ovlivněné proteiny v modifikované formě, takže je transport účinné látky ztěžován. Tento jev je relevantní například pro některá onemocnění tenkého střeva.

Poruchy toku membrány mohou být zase spojeny s celou řadou chorob. Například u nádorů je endocytóza často obtížnější. Infekce nebo neurogenerativní choroby mohou také v tomto ohledu způsobit poruchy. Neuropatie se sníženou schopností chůze a sníženou rychlostí nervového vedení, jakož i smyslové poruchy jsou příkladem neurodegenerativních potíží způsobených poruchou toku membrány.

Huntingtonova choroba spojená s mutací také narušuje tok membrány neurogenně. Kromě toho může být exotoxózou neurotransmiterů zabráněno toxiny. Poruchová exocytóza je také základem metabolických onemocnění, jako je cystická fibróza. Poruchy pinocytózy jsou nyní také spojeny s chorobami, jako je Alzheimerova choroba.

Poruchy membránového transportu mohou mít nejen mnoho různých důvodů, ale v konečném důsledku také mohou vést k mnoha různým příznakům a široké škále nemocí.