Pri membránovom transporte látky prechádzajú biologickou membránou alebo sa aktívne transportujú cez membrány. Na rozdiel od aktívneho transportu je difúzia najjednoduchšou membránovou transportnou cestou a nevyžaduje žiadne ďalšie dodanie energie. Poruchy membránového transportu sú spojené s rôznymi chorobami.
Čo je membránový transport?
Membránový transport je, keď látky prechádzajú cez biologickú membránu alebo sú cez ňu aktívne prenášané. Biomembrány obklopujú oblasť, ako je cytoplazma buniek, a vytvárajú kontrolovanú oblasť s relatívne nezávislým prostredím pre vonkajší svet. Špecifické bunkové prostredie vo vnútri buniek je možné vytvoriť a udržiavať iba vďaka tieneniu pred vonkajším svetom. Dvojvrstva biomembrány pozostáva z fosfolipidy a je sám o sebe priepustný iba pre plyny a malé, vo väčšine prípadov bez náboja molekuly. Pre hydrofilné polárne ióny a ďalšie bioaktívne látky zodpovedá lipidová dvojvrstva bariére, ktorá vyžaduje prekonanie ďalších mechanizmov transportu. Membránový transport zodpovedá prechodu látok biomembránou. V tomto zohrávajú úlohu dva rôzne princípy. Prvý princíp je difúzia alebo voľná permeácia, druhý je selektívny hmota doprava. Okrem jednoduchej difúzie existujú aj funkčné princípy, ako napríklad pasívny transport po kanáli proteíny alebo nosné proteíny a aktívny transport sú súčasťou transmembránového transportu. Membránový translokačný transport zasa zahrnuje endocytózu, exocytózu a transcytózu. Pretože samotné membránové časti sú počas transportu premiestneného cez membránu premiestnené, niekedy sa to označuje aj ako membránový tok. Membránový transport podporuje bunkové funkcie a bunkovú komunikáciu s prostredím. Selektívne hmota prenos je umožnený dopravnými mechanizmami.
Funkcia a úloha
Lipidová dvojvrstva alebo bimolekulárna lipidová vrstva biomembrány zodpovedá bariére medzi vodnými kompartmentmi vo forme extraplazmatického a cytoplazmatického priestoru. Medzi priehradkami, iba malý molekuly môžu difundovať cez biomembránu, ako napr octová kyselina okrem voda. Pre väčšie molekuly, miera difúzie je relatívne nízka. Priepustnosť membrán pre malé molekuly sa nazýva aj polopriepustnosť a tvorí základ osmózy. Podľa súčasných predpokladov je akákoľvek biomembrána tekutá štruktúra s prechodnými nepravidelnosťami vo vnútri lipidovej dvojvrstvy. Molekuly s hydrofóbnymi vlastnosťami sa rozpúšťajú cez hydrofóbnu membránovú oblasť vďaka svojmu rozdeľovaciemu koeficientu. Dokonca aj väčšie častice, ako napríklad steroid hormóny môže prechádzať membránami difúziou. Špecifické molekuly na druhej strane využívajú špecifický membránový transport. Transportná cesta je spojená s integrálnym membránovým transportom proteíny prekladatelia. Špecifický transport je substrátovo špecifický a nasýtiteľný. Translokátory v tejto transportnej ceste zahŕňajú nosiče, ktoré sú naložené substrátom a môžu vyvolať konformačnú zmenu v membráne na zavedenie svojho nákladu. Kvôli relatívne vysokej rýchlosti transportu existuje v každej membráne permanentný transportný kanál. Integrovaná membrána proteíny s úlohami v membránovom transporte obvykle zodpovedajú oligomérnym štruktúram. V špecifickom transporte je prítomná katalyzovaná difúzia bez ďalšej spotreby energie alebo aktívny transport pri spotrebe energie. Katalyzovaná difúzia a aktívny transport ponúkajú možnosť transportu iba jednej častice jednosmerne, dvoch častíc dohromady v rovnakom smere alebo v opačných smeroch. Katalyzovaná difúzia membránovými transportnými proteínmi nasleduje iba po koncentrácie vyvážiť pozdĺž súčasnosti koncentrácie gradient látok medzi dvoma oddeleniami bunky. Aktívny transport sa vždy vyskytuje proti koncentrácie sklon. Póry vonkajšej biomembrány slúžia na nešpecifický prechod hydrofilných častíc. Skutočný transportný kanál biomembrány pozostáva z β-listov. Membránový transport je nenahraditeľný pre všetky telesné funkcie a tkanivá tela, napríklad nervový systém a jeho napäťovo riadené iónové kanály.
Choroby a poruchy
Porušenie membránových transportných systémov môže spôsobiť vážne poškodenie buniek alebo dokonca zlyhanie orgánov. Poruchy membránového transportu vedú v čreve alebo obličkách napríklad k poruchám resorpcie a sekrécie. Napríklad mitochondriopatie, viesť k poruchám transportu membrány. V takom prípade je ovplyvnený enzýmový systém, ktorý umožňuje produkciu energie pomocou oxidačnej fosforylácie. V tejto súvislosti sú zvlášť pozoruhodné poruchy ATP syntázy. Tento enzým je jedným z najdôležitejších transmembránových proteínov, ktorý napríklad preberá funkciu transportného enzýmu v protónovej pumpe. V zdravom tele enzým katalyzuje poskytovanie ATP a umožňuje energeticky priaznivý transport protónov pozdĺž protónového gradientu pri tvorbe ATP. ATP syntáza je preto jedným z najdôležitejších prevádzačov energie v ľudskom organizme, ktorý premieňa jednu formu energie na inú. Mitochondriopatie sú v súčasnosti poruchy mitochondriálnych metabolických procesov, ktoré spôsobujú znížený prísun syntézy ATP, a tým znižujú výkonnosť tela. Ďalej všetky transportné proteíny a enzýmy môžu byť nakoniec ovplyvnené mutáciami alebo transkripčnými chybami. Mutácie v genetickom materiáli transportných proteínov spôsobujú, že postihnuté proteíny sú prítomné v modifikovanej forme, vďaka čomu sú aktívne hmota doprava ťažšia. Tento jav je relevantný napríklad pre niektoré choroby tenké črevo. Poruchy v membránovom toku môžu byť zase spojené s rôznymi chorobami. Napríklad v nádoroch býva často narušená endocytóza. Infekcie alebo neurogeneratívne choroby môžu tiež spôsobiť poruchy v tomto ohľade. Neuropatie so zníženou schopnosťou chôdze a zníženou rýchlosťou vedenia nervov, ako aj so senzorickými poruchami sú príkladom neurodegeneratívnych ťažkostí spôsobených zhoršeným prietokom membránou. Tiež súvisiace s mutáciami Huntingtonova choroba neurogénne narúša tok membrány. Navyše, neurotransmiter exocytóza môže byť narušená v dôsledku toxínov. Porušená exocytóza je tiež základom metabolických chorôb, ako sú napr cystická fibróza. Poruchy pinocytózy sa dnes tiež spájajú s chorobami ako napr Alzheimerova choroba choroba. Poruchy membránového transportu môžu mať nielen mnoho rôznych príčin, ale v konečnom dôsledku aj to viesť rovnako na mnoho rôznych symptómov a širokú škálu chorôb.
