A membránszállítás során az anyagok egy biológiai membránon mennek keresztül, vagy aktívan szállítják őket a membránokon keresztül. Az aktív transzporttól eltérően a diffúzió a legegyszerűbb membrántranszport út, és nem igényel további energiaellátást. A membrántranszport zavarai különféle betegségekhez kapcsolódnak.
Mi a membrántranszport?
A membrántranszport akkor történik, amikor az anyagok áthaladnak vagy aktívan szállítják át őket egy biológiai membránon. A biomembránok olyan területet zárnak magukba, mint a sejtek citoplazmája, és egy kontrollált régiót hoznak létre, viszonylag független környezettel a külvilág felé. A sejtek belsejében található sajátos sejt miliő csak a külvilágtól való árnyékolás miatt hozható létre és tartható fenn. A biomembrán kétrétege a következőkből áll: foszfolipidek és önmagában csak a gázokat áteresztő és kicsi, a legtöbb esetben töltetlen molekulák. A hidrofil poláros ionok és más bioaktív anyagok esetében a kettős lipidréteg olyan gátnak felel meg, amelynek leküzdéséhez további transzportmechanizmusokra van szükség. A membrántranszport megfelel az anyagok biomembránon történő áthaladásának. Két különböző elv játszik szerepet ebben. Az első elv a diffúzió vagy a szabad áteresztés, a második szelektív tömeg szállítás. Az egyszerű diffúzió mellett olyan funkcionális elvek, mint a passzív csatornán keresztüli szállítás fehérjék vagy a hordozófehérjék és az aktív transzport a transzmembrán transzport része. A transzportot átültető membrán magában foglalja az endocitózist, az exocitózist és a transzcitózist. Mivel maguk a membránrészek elmozdulnak a membrán-kiszorító szállítás során, ezt néha membránfluxusnak is nevezik. A membrántranszport támogatja a sejtfunkciókat és a sejtek kommunikációját a környezettel. Szelektív tömeg a transzfert szállítási mechanizmusok teszik lehetővé.
Funkció és feladat
A biomembrán kétrétegű vagy bimolekuláris lipidrétege a vizes rekeszek közötti gátnak felel meg, extraplazmatikus és citoplazmatikus tér formájában. A rekeszek között csak kicsi molekulák diffundálhat egy biomembránon keresztül, mint pl ecetsav ráadásul víz. Nagyobbakhoz molekulák, a diffúzió sebessége viszonylag alacsony. A membránok áteresztőképességét kis molekulák esetében féláteresztő képességnek is nevezik, és ez képezi az ozmózis alapját. A jelenlegi feltételezések szerint bármely biomembrán folyékony szerkezet, átmeneti szabálytalanságokkal a kettős lipidrétegen belül. A hidrofób tulajdonságú molekulák megoszlási együtthatójuknak köszönhetően feloldódnak a hidrofób membránrégióban. Még nagyobb részecskék, például szteroid hormonok diffúzióval áthaladhat a membránokon. A specifikus molekulák viszont speciális membrántranszportot alkalmaznak. A szállítási út kapcsolódik az integrált membrán transzporthoz fehérjék transzlokátor néven ismert. A specifikus transzport szubsztrátra jellemző és telíthető. Ebben a szállítási útban a transzlokátorok olyan hordozókat tartalmaznak, amelyek meg vannak terhelve a hordozóval, és a membrán konformációs változását indukálhatják rakományuk behozatalára. A viszonylag magas szállítási arányok miatt minden membránban állandó szállítócsatorna található. Az integrált membrán fehérjék a membrántranszportban betöltött szerepekkel általában az oligomer szerkezetek felelnek meg. Specifikus szállításban katalizált diffúzió van jelen, további energiafogyasztás nélkül, vagy aktív szállítás energiafogyasztás mellett. A katalizált diffúzió és az aktív transzport lehetővé teszi egyetlen részecske egyirányú, két részecske együttes, azonos irányú vagy ellentétes irányú szállítását. A membrántranszportfehérjék által végzett katalizált diffúzió csak a koncentráció egyensúly a jelen mentén koncentráció anyag gradiens a sejt két rekesze között. Az aktív szállítás mindig a koncentráció gradiens. A külső biomembrán pórusai szolgálják a hidrofil részecskék nem specifikus átjutását. A biomembrán tényleges szállítási csatornája β-lapokból áll. A membrántranszport pótolhatatlan a test minden funkciója és szövete számára, például a idegrendszer és annak feszültségtől függő ioncsatornái.
Betegségek és rendellenességek
A membrántranszport-rendszerek megszakadása súlyos sejtkárosodást, sőt szervi elégtelenséget okozhat. A bélben vagy a vesében a membrántranszport rendellenességei például reszorpciós és szekréciós rendellenességeket okoznak. A mitokondriopátiák például vezet a membrántranszport rendellenességeihez. Ebben az esetben az enzimrendszer befolyásolja az oxidatív foszforilezés révén az energiatermelést. Az ATP-szintáz rendellenességei ebben az összefüggésben különösen figyelemre méltók. Ez az enzim az egyik legfontosabb transzmembrán fehérje, amely például egy transzport enzim funkcióját veszi fel a protonpumpában. Az egészséges testben az enzim katalizálja az ATP biztosítását és lehetővé teszi az energia által elősegített proton transzportot a proton gradiens mentén ATP képződés alatt. Az ATP-szintáz ezért az emberi szervezet egyik legfontosabb energiaátalakítója, amely az egyik energiaformát átalakítja egy másiká. A mitokondriopátiák ma már a mitokondriális anyagcsere folyamatok meghibásodásai, amelyek csökkent ATP szintézisellátást okoznak, és ezáltal csökkentik a test teljesítményét. Ezenkívül az összes transzporter fehérje és enzimek végső soron mutációk vagy transzkripciós hibák befolyásolhatják. A transzporterfehérjék genetikai anyagának mutációi miatt az érintett fehérjék módosított formában vannak jelen, aktívvá válva tömeg szállítás nehezebb. Ez a jelenség releváns például a vékonybél. Viszont a membránfluxus zavarai sokféle betegséggel társíthatók. Például a daganatokban gyakran akadályozzák az endocitózist. A fertőzések vagy a neurogeneratív betegségek szintén zavarokat okozhatnak ebben a tekintetben. A károsodott járóképességgel és csökkent idegvezetési sebességgel, valamint érzékszervi zavarokkal járó neuropátiák példák a membrán áramlásának károsodása miatti neurodegeneratív panaszokra. Emellett mutációval kapcsolatos Huntington-kór neurogén módon megzavarja a membránfluxust. Továbbá, neurotranszmitter a toxinok miatt az exocitózis károsodhat. Az exocitózis károsodása olyan anyagcsere-betegségek hátterében is áll, mint pl cisztás fibrózis. A pinocytosis zavarai ma már olyan betegségekkel is társulnak, mint pl Alzheimer-kór betegség. A membrántranszport zavarainak nemcsak sokféle oka lehet, hanem végső soron vezet sokféle tünet és sokféle betegség esetén egyaránt.
