MEMBRANE SEMI-PERMEABILE: CARACTERISTICI, TRANSPORT, FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

De membrane semipermeabile , numite „permeabilitate selectivă“ sunt membrane care permit trecerea unor substanțe, dar previn trecerea altor prin acesta. Aceste membrane pot fi naturale sau sintetice.

Membranele naturale sunt membranele tuturor celulelor vii, în timp ce membranele sintetice, care pot fi de origine naturală (celuloză) sau nu, sunt cele care sunt sintetizate pentru diferite utilizări.

Reprezentarea schematică a unei membrane semipermeabile (Sursa: Adam Rędzikowski prin Wikimedia Commons)

Un exemplu de utilitate a membranelor semiapermeabile artificiale sau sintetice sunt cele utilizate pentru mașinile de dializă renală sau cele utilizate pentru filtrarea amestecurilor din industrie sau în diferite procese chimice.

Trecerea substanțelor printr-o membrană semipermeabilă are loc prin diferite mecanisme. În membranele celulare și sintetice acest lucru poate apărea prin difuzie prin pori de diferite diametre, care „selectează” după mărime substanțele care traversează membrana. De asemenea, se poate întâmpla ca substanțele să intre prin difuzarea dizolvării în membrană.

În celulele vii, trecerea substanțelor prin membrane poate avea loc cu ajutorul transportorilor care acționează pentru sau împotriva gradienților de concentrație a substanțelor. Un gradient, în acest caz, este diferența de concentrație pentru o substanță de pe ambele părți ale unei membrane.

Toate celulele de pe pământ au membrane, acestea protejează și separă componentele interne de mediul extern. Fără membrane nu există celule și fără celule nu există viață.

Deoarece aceste membrane sunt cel mai obișnuit exemplu de membrane semi-permeabile, se va pune accentul pe acestea în continuare.

caracteristici

Primele studii pentru elucidarea componentelor membranelor biologice au fost efectuate cu ajutorul globulelor roșii. În aceste studii, a fost demonstrată prezența unui strat dublu care formează membranele și apoi s-a descoperit că componentele acestor straturi erau lipide și proteine.

Toate membranele biologice sunt alcătuite dintr-o matrice dublă de lipide care are diferite tipuri de proteine ​​„încorporate”.

Matricea lipidică a membranelor celulare este alcătuită din acizi grași saturați și nesaturați; acestea din urmă conferă membranei o anumită fluiditate.

Lipidele sunt aranjate astfel încât formează o stratură în care fiecare lipidă, care are un cap hidrofil (care are afinitate pentru apă) și una sau două cozi hidrofobe (fobia cu apă, respinge apa), are cozi de hidrocarburi. orientate unul cu celălalt în centrul structurii.

Fosfolipidele sunt cele mai abundente lipide care alcătuiesc membrane biologice. Acestea includ fosfatidilcolina, fosfatidilinositol, fosfatidiletanolamină și fosfatidilserină.

Exemplu de membrană biologică semi-permeabilă (Sursa: LadyofHats prin Wikimedia Commons)

Printre lipidele membranare se numără și colesterolul și glicolipidele, toate cu proprietăți amfipatice.

Proteinele membranelor semipermeabile sunt de mai multe tipuri (unele dintre acestea pot avea activitate enzimatică):

(1) cele care formează canale ionice sau pori

(2) proteine ​​transportoare

(3) proteine ​​care leagă o regiune celulară de alta și permit formarea țesuturilor

(4) proteinele receptorilor care se leagă de cascadele intracelulare și

Transport

Într-o membrană biologică semipermeabilă transportul poate fi prin difuzie simplă, difuziune facilitată, cotransport, transport activ și transport activ secundar.

Transport de difuzie simplă

În acest tip de transport, energia care deplasează substanțele prin membrană este diferența de concentrație care există pentru acele substanțe de pe ambele părți ale membranei.

Astfel, substanțele trec într-un sens mai mult → mai puțin, adică din locul în care sunt cele mai concentrate până în locul în care sunt mai puțin concentrate.

Difuzia poate apărea deoarece substanța este diluată în membrană sau trece prin pori sau canale. Porii sau canalele sunt de două tipuri: cele care sunt întotdeauna deschise și cele care se deschid și se închid, adică sunt temporar deschise.

Poroanele care sunt deschise tranzitoriu la rândul lor pot fi dependente de (1) tensiune, adică se deschid ca răspuns la o anumită tensiune și (2) dependente de ligand, care trebuie să se lege cu anumite substanțe chimice pentru a se deschide.

Transport prin difuzie facilitată

În acest caz, un transportor deplasează substanța care trebuie transportată dintr-o parte a membranei în cealaltă. Acești transportori sunt proteine ​​de membrană care pot fi permanent pe membrană sau în vezicule care fuzionează cu ea la nevoie.

Acești transportori lucrează, de asemenea, în favoarea gradienților de concentrație a substanțelor pe care le transportă.

Aceste tipuri de transport nu necesită consum de energie și, prin urmare, sunt numite transporturi pasive, deoarece apar în favoarea unui gradient de concentrare.

Co-transport

Un alt tip de transport pasiv prin membrane semi-permeabile se numește cotransport. În acest caz, gradientul de concentrație al unei substanțe este utilizat pentru transportul concomitent al alteia împotriva gradientului său.

Acest tip de transport poate fi sub două forme: symport, unde cele două substanțe sunt transportate în aceeași direcție, și antisport, în care o substanță este transportată într-o direcție și cealaltă în direcția opusă.

Transport activ de membrană

Acestea necesită energie, iar cei cunoscuți folosesc ATP, motiv pentru care sunt numiți ATPaze. Acești transportori cu activitate enzimatică hidrolizează ATP pentru a obține energia necesară pentru mișcarea substanțelor împotriva gradientului lor de concentrație.

Se cunosc trei tipuri de ATPaze:

Pompele Na + / K + și pompele de calciu (ATPaze de calciu). Acestea au o structură formată dintr-o subunitate α și ß încorporată în membrană.

ATPaze V și ATPaze F, care au o formă de tulpină caracteristică formată din mai multe subunități și un cap care se rotește în jurul subunităților tulpinii.

ATPazele V servesc la pomparea ionilor de hidrogen împotriva unui gradient de concentrație, în stomac și în lizozomi, de exemplu. În unele vezicule, cum ar fi cele dopaminergice, există bombe cu hidrogen de acest tip care pompează H + în vezicule.

ATPazele F profită de gradientul H +, astfel încât acestea călătoresc prin structura sa și preiau ADP și P și formează ATP, adică în loc să hidrolizeze ATP, îl sintetizează. Acestea se găsesc în membranele mitocondriilor.

Transport activ secundar

Transportul este cel care, folosind gradientul electrochimic generat de o ATPază, atrage o altă substanță împotriva gradientului. Adică transportul celei de-a doua substanțe împotriva gradientului său de concentrație nu este cuplat direct cu utilizarea ATP de către molecula transportoare.

Caracteristici

În celulele vii, prezența membranelor semipermeabile face posibilă menținerea în cadrul acestora a concentrațiilor de substanțe care sunt complet diferite de concentrațiile acelorași substanțe în mediul extracelular.

Cu toate acestea, în ciuda acestor diferențe de concentrație și a canalelor deschise sau a porilor pentru anumite substanțe, aceste molecule nu scapă sau nu intră, decât dacă sunt necesare sau modificate anumite condiții.

Motivul acestui fenomen este că există un echilibru electrochimic care face ca diferențele de concentrație între membrane să compenseze cu gradientul electric generat de ionii difuzibili și acest lucru se întâmplă deoarece unele substanțe nu pot ieși în interiorul celulelor. .

Referințe

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Biologia celulară esențială. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2008). Biologia moleculară a celulei (ediția a 5-a). New York: Garland Science, Taylor & Francis Group.
3. Berne, R., & Levy, M. (1990). Fiziologie. Mosby; Ediție internațională Ed.
4. Fox, SI (2006). Fiziologie umană (ediția a IX-a). New York, SUA: McGraw-Hill Press.
5. Luckey, M. (2008). Biologia structurală a membranei: cu fundații biochimice și biofizice. Presa universitară din Cambridge.