Vận chuyển màng

Tại Vận chuyển màng các chất đi qua màng sinh học hoặc được vận chuyển tích cực qua màng. Ngược lại với vận chuyển tích cực, khuếch tán là con đường vận chuyển qua màng đơn giản nhất và không cần cung cấp thêm năng lượng. Rối loạn vận chuyển màng có liên quan đến nhiều loại bệnh khác nhau.

Vận chuyển qua màng là gì?

Các màng sinh chất bao quanh các khu vực như tế bào chất của tế bào và do đó tạo ra một khu vực được kiểm soát với một milieu tương đối độc lập với thế giới bên ngoài. Môi trường tế bào cụ thể bên trong tế bào chỉ có thể được xây dựng và duy trì nhờ sự che chắn từ thế giới bên ngoài.

Lớp kép của màng sinh học bao gồm các phospholipid và vốn dĩ chỉ có tính thấm khí và các phân tử nhỏ, trong hầu hết các trường hợp, không tích điện. Đối với các ion phân cực ưa nước và các chất có hoạt tính sinh học khác, lớp kép lipid tương ứng với một rào cản mà cần phải có các cơ chế vận chuyển bổ sung để vượt qua.

Sự vận chuyển qua màng tương ứng với sự di chuyển của các chất qua màng sinh chất. Hai nguyên tắc khác nhau đóng một vai trò ở đây. Nguyên tắc đầu tiên là khuếch tán hoặc thẩm thấu tự do, nguyên tắc thứ hai là truyền khối có chọn lọc. Ngoài sự khuếch tán đơn giản, các nguyên tắc chức năng như vận chuyển thụ động qua các protein kênh hoặc protein mang và vận chuyển tích cực để vận chuyển qua màng cũng được tính.

Quá trình nội bào, xuất bào và chuyển bào thuộc sự vận chuyển qua màng. Vì bản thân các bộ phận của màng bị dịch chuyển trong quá trình vận chuyển dịch chuyển màng, nên một dòng chảy của màng đôi khi cũng được đề cập ở đây.

Vận chuyển qua màng hỗ trợ các chức năng của tế bào và giao tiếp của tế bào với môi trường. Sự trao đổi chọn lọc các chất được thực hiện nhờ các cơ chế vận chuyển.

Chức năng & nhiệm vụ

Lớp lipid kép hoặc lớp lipid hai phân tử của màng sinh chất tương ứng với một hàng rào giữa các ngăn chứa nước ở dạng không gian ngoại chất và tế bào chất. Chỉ các phân tử nhỏ mới có thể khuếch tán qua màng sinh học giữa các ngăn, ví dụ như axit axetic cũng như nước. Đối với các phân tử lớn hơn, tốc độ khuếch tán tương đối thấp.

Tính thấm của màng đối với các phân tử nhỏ còn được gọi là tính bán thấm và là cơ sở của sự thẩm thấu. Theo các giả định hiện tại, mọi màng sinh học là một cấu trúc chất lỏng với các bất thường tạm thời bên trong lớp kép lipid. Các phân tử có tính chất kỵ nước hòa tan qua vùng màng kỵ nước do hệ số phân bố của chúng. Ngay cả những hạt lớn hơn như hormone steroid cũng có thể khuếch tán qua màng.

Ngược lại, các phân tử cụ thể sử dụng vận chuyển màng cụ thể. Con đường vận chuyển được gắn với các protein vận chuyển màng tích hợp được gọi là chất chuyển vị. Sự vận chuyển cụ thể là chất nền cụ thể và có thể bão hòa. Các chất chuyển vị của con đường vận chuyển này bao gồm các chất mang được tải cùng với chất nền và có thể tạo ra sự thay đổi cấu trúc trong màng để tạo ra điện tích của nó.

Do tốc độ vận chuyển tương đối cao, có một kênh vận chuyển cố định trong mỗi màng. Các protein màng tích hợp có chức năng vận chuyển qua màng thường tương ứng với cấu trúc oligomeric. Với sự vận chuyển cụ thể có sự khuếch tán có xúc tác mà không cần tiêu thụ thêm năng lượng hoặc vận chuyển tích cực có tiêu thụ năng lượng.

Sự khuếch tán xúc tác và vận chuyển tích cực cung cấp khả năng chỉ vận chuyển một hạt đơn lẻ theo hướng, hai hạt với nhau theo cùng một hướng hoặc ngược hướng. Sự khuếch tán được xúc tác bởi các protein vận chuyển qua màng chỉ tuân theo sự cân bằng nồng độ dọc theo gradien nồng độ hiện có của các chất giữa hai ngăn của tế bào. Sự vận chuyển tích cực luôn diễn ra ngược lại với gradien nồng độ.

Các lỗ của màng sinh học bên ngoài được sử dụng cho các hạt ưa nước đi qua không đặc hiệu. Kênh vận chuyển thực tế của màng sinh học bao gồm các tấm β. Sự vận chuyển qua màng là không thể thiếu đối với tất cả các chức năng của cơ thể và các mô trong cơ thể, ví dụ đối với hệ thần kinh và các kênh ion phụ thuộc điện thế của nó.

Bệnh tật & ốm đau

Rối loạn hệ thống vận chuyển màng có thể gây tổn thương tế bào nghiêm trọng và thậm chí suy cơ quan. Trong ruột hoặc thận, rối loạn vận chuyển màng, ví dụ, do rối loạn hấp thu và bài tiết.

Ví dụ, ty thể dẫn đến rối loạn vận chuyển màng. Trong trường hợp này, hệ thống enzyme bị ảnh hưởng, cho phép tạo ra năng lượng thông qua quá trình phosphoryl hóa oxy hóa. Các rối loạn của ATP synthase đáng được đề cập đặc biệt trong bối cảnh này. Ví dụ, enzyme này là một trong những protein xuyên màng quan trọng nhất, đảm nhận chức năng của một enzyme vận chuyển trong bơm proton. Enzyme xúc tác việc cung cấp ATP trong cơ thể khỏe mạnh và cho phép vận chuyển proton tiết kiệm năng lượng dọc theo gradient proton với sự hình thành ATP. Vì vậy, ATP synthase là một trong những bộ chuyển đổi năng lượng quan trọng nhất trong cơ thể con người và biến đổi dạng năng lượng này thành dạng năng lượng khác. Các bệnh về ty thể là những trục trặc của quá trình trao đổi chất trong ty thể gây ra giảm cung cấp tổng hợp ATP và do đó làm giảm hiệu suất của cơ thể.

Ngoài ra, tất cả các protein và enzyme vận chuyển cuối cùng có thể bị ảnh hưởng bởi đột biến hoặc khiếm khuyết phiên mã. Các đột biến trong vật liệu di truyền của các protein vận chuyển khiến các protein bị ảnh hưởng ở dạng biến đổi, do đó việc vận chuyển hoạt chất trở nên khó khăn hơn. Ví dụ, hiện tượng này có liên quan đến một số bệnh của ruột non.

Ngược lại, sự xáo trộn trong dòng chảy của màng có thể liên quan đến nhiều loại bệnh. Ví dụ, trong các khối u, quá trình nội bào thường khó khăn hơn. Nhiễm trùng hoặc các bệnh thoái hóa thần kinh cũng có thể gây ra các rối loạn về vấn đề này. Bệnh thần kinh với khả năng đi lại bị suy giảm và giảm tốc độ dẫn truyền thần kinh cũng như rối loạn cảm giác là một ví dụ của các khiếu nại thoái hóa thần kinh do dòng chảy màng bị rối loạn.

Bệnh Huntington liên quan đến đột biến cũng làm gián đoạn dòng chảy của màng tế bào thần kinh. Ngoài ra, quá trình xuất bào của các chất dẫn truyền thần kinh có thể bị cản trở do chất độc. Quá trình xuất bào bị rối loạn cũng là cơ sở của các bệnh chuyển hóa như xơ nang. Rối loạn pinocytosis hiện nay cũng liên quan đến các bệnh như Alzheimer.

Rối loạn vận chuyển màng không chỉ có thể do nhiều lý do khác nhau, mà cuối cùng còn dẫn đến nhiều triệu chứng khác nhau và nhiều loại bệnh.