ПОЛУПРОНИЦАЕМЫЕ МЕМБРАНЫ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ТРАНСПОРТ, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В полупроницаемые мембраны , называемые также «селективно проницаемой» являются мембраны , которые обеспечивают прохождение некоторых веществ, но предотвратить прохождение через него другой. Эти мембраны могут быть натуральными или синтетическими.

Природные мембраны - это мембраны всех живых клеток, в то время как синтетические мембраны, которые могут быть природного происхождения (целлюлоза) или нет, синтезированы для различных целей.

Схематическое изображение полупроницаемой мембраны (Источник: Адам Рендзиковски через Wikimedia Commons)

Примером применения искусственных или синтетических полупроницаемых мембран являются мембраны, используемые в аппаратах для диализа почек, или мембраны, используемые для фильтрации смесей в промышленности или в различных химических процессах.

Прохождение веществ через полупроницаемую мембрану происходит по разным механизмам. В клеточных мембранах и в синтетических мембранах это может происходить путем диффузии через поры разного диаметра, которые «отбирают» по размеру вещества, проходящие через мембрану. Также может случиться, что вещества проникают путем диффузии, растворяясь в мембране.

В живых клетках прохождение веществ через мембраны может происходить посредством транспортеров, которые действуют за или против градиентов концентрации веществ. Градиент в данном случае - это разница в концентрации вещества по обе стороны мембраны.

Все клетки на Земле имеют мембраны, которые защищают и отделяют их внутренние компоненты от внешней среды. Без мембран нет клеток, а без клеток нет жизни.

Поскольку эти мембраны являются наиболее распространенным примером полупроницаемых мембран, в дальнейшем им будет уделено особое внимание.

характеристики

Первые исследования компонентов биологических мембран были проведены с использованием эритроцитов. В этих исследованиях было продемонстрировано наличие двойного слоя, образующего мембраны, а затем было обнаружено, что компонентами этих слоев были липиды и белки.

Все биологические мембраны состоят из двойной липидной матрицы, в которую «встроены» различные типы белков.

Липидная матрица клеточных мембран состоит из насыщенных и ненасыщенных жирных кислот; последние придают мембране определенную текучесть.

Липиды расположены таким образом, что они образуют бислой, в котором каждый липид, имеющий гидрофильную головку (которая имеет сродство к воде) и один или два гидрофобных хвоста (водобоязнь, отталкивает воду), имеет углеводородные хвосты. лицом друг к другу в центре конструкции.

Фосфолипиды - это самые распространенные липиды, из которых состоят биологические мембраны. К ним относятся фосфатидилхолин, фосфатидилинозитол, фосфатидилэтаноламин и фосфатидилсерин.

Пример полупроницаемой биологической мембраны (Источник: LadyofHats через Wikimedia Commons)

Среди мембранных липидов есть также холестерин и гликолипиды, все они обладают амфипатическими свойствами.

Белки полупроницаемых мембран бывают нескольких типов (некоторые из них могут обладать ферментативной активностью):

(1) те, которые образуют ионные каналы или поры

(2) белки-переносчики

(3) белки, которые связывают одну область клетки с другой и позволяют тканям формироваться

(4) рецепторные белки, которые связываются с внутриклеточными каскадами и

Транспорт

В полупроницаемой биологической мембране транспорт может происходить путем простой диффузии, облегченной диффузии, котранспорта, активного транспорта и вторичного активного транспорта.

Простой диффузионный перенос

В этом типе транспорта энергия, которая перемещает вещества через мембрану, представляет собой разницу в концентрации, существующую для этих веществ по обе стороны от мембраны.

Таким образом, вещества переходят в более → меньшем смысле, то есть из места, где они больше сконцентрированы, в место, где они меньше.

Диффузия может происходить из-за того, что вещество растворяется в мембране или проходит через поры или каналы. Поры или каналы бывают двух типов: те, которые всегда открыты, и те, которые открываются и закрываются, то есть они временно открыты.

Поры, которые временно открываются, в свою очередь, могут быть (1) зависимыми от напряжения, то есть они открываются в ответ на определенное напряжение, и (2) зависимыми от лиганда, который должен связываться с определенным химическим веществом, чтобы открыться.

Транспорт путем облегченной диффузии

В этом случае транспортер перемещает транспортируемое вещество с одной стороны мембраны на другую. Эти переносчики представляют собой мембранные белки, которые могут постоянно находиться на мембране или в везикулах, которые при необходимости сливаются с ней.

Эти транспортеры также работают в пользу градиентов концентрации веществ, которые они транспортируют.

Эти виды транспорта не требуют потребления энергии и поэтому называются пассивными видами транспорта, поскольку они используются в пользу градиента концентрации.

Co-перевозки

Другой тип пассивного транспорта через полупроницаемые мембраны называется котранспортом. В этом случае градиент концентрации одного вещества используется для сопутствующего транспорта другого против его градиента.

Этот вид транспорта может быть двумя способами: симпорт, когда два вещества транспортируются в одном направлении, и антиспорт, при котором одно вещество транспортируется в одном направлении, а другое - в противоположном.

Активный мембранный транспорт

Они требуют энергии, а известные используют АТФ, поэтому их называют АТФазами. Эти переносчики с ферментативной активностью гидролизуют АТФ для получения энергии, необходимой для движения веществ против градиента их концентрации.

Известны три типа АТФаз:

Насосы Na + / K + и кальциевые насосы (кальциевые АТФазы). Они имеют структуру, состоящую из α- и β-субъединиц, встроенных в мембрану.

АТФазы V и АТФазы F, которые имеют характерную форму стебля, состоящую из нескольких субъединиц и головки, которая вращается вокруг этих субъединиц.

АТФазы V служат для перекачки ионов водорода против градиента концентрации, например, в желудке и в лизосомах. В некоторых везикулах, например дофаминергических, есть водородные бомбы этого типа, которые накачивают H + в везикулы.

F-АТФазы используют градиент Н +, так что они перемещаются по его структуре, захватывают АДФ и Р и образуют АТФ, то есть вместо гидролиза АТФ они синтезируют его. Они находятся в мембранах митохондрий.

Вторичный активный транспорт

Это тот транспорт, который, используя электрохимический градиент, генерируемый АТФазой, увлекает другое вещество против градиента. То есть транспорт второго вещества против градиента его концентрации не связан напрямую с использованием АТФ молекулой-переносчиком.

Характеристики

В живых клетках наличие полупроницаемых мембран позволяет поддерживать в них концентрации веществ, полностью отличающиеся от концентраций тех же веществ во внеклеточной среде.

Однако, несмотря на эти различия в концентрациях и открытые каналы или поры для определенных веществ, эти молекулы не выходят и не проникают, если не требуется или не изменить определенные условия.

Причина этого явления в том, что существует электрохимическое равновесие, которое вызывает компенсацию разницы в концентрации на мембранах за счет электрического градиента, создаваемого диффундирующими ионами, и это происходит потому, что некоторые вещества не могут попасть внутрь клеток. ,

Ссылки

1. Альбертс, Б., Деннис, Б., Хопкин, К., Джонсон, А., Льюис, Дж., Рафф, М., … Уолтер, П. (2004). Эссенциальная клеточная биология. Абингдон: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Альбертс, Б., Джонсон, А., Льюис, Дж., Рафф, М., Робертс, К., и Уолтер, П. (2008). Молекулярная биология клетки (5-е изд.). Нью-Йорк: Garland Science, Taylor & Francis Group.
3. Берн, Р., и Леви, М. (1990). Физиология. Мосби; Международное издание Ed.
4. Фокс, SI (2006). Физиология человека (9-е изд.). Нью-Йорк, США: McGraw-Hill Press.
5. Лаки, М. (2008). Структурная биология мембран: с биохимическими и биофизическими основами. Издательство Кембриджского университета.