Kalvon läpäisevyys

Kalvon läpäisevyys ominaista molekyylien läpäisevyyttä solukalvon läpi. Biomembraanit erottavat kaikki solut solujenvälisestä tilasta ja sisältävät samalla soluorganelleja, joita vuorostaan ​​ympäröivät kalvot. Kalvojen läpäisevyys on välttämätöntä biokemiallisten reaktioiden sujuvalle kululle.

Mikä on kalvon läpäisevyys?

Kalvon läpäisevyys määritellään biomembraanin läpäisevyydeksi nesteille ja liuenneille aineille. Solukalvot eivät kuitenkaan ole kaikkien aineiden läpäiseviä. Siksi niitä kutsutaan myös puoliläpäiseviksi kalvoiksi (puoliläpäiseviksi kalvoiksi).

Biomembraanit koostuvat kahdesta fosfolipidikerroksesta, jotka läpäisevät kaasuja, kuten happea tai hiilidioksidia, samoin kuin lipidiliukoisissa, ei-polaarisissa aineissa. Nämä aineet voivat kulkea kalvojen läpi normaalin diffuusion avulla. Polaarisia ja hydrofiilisiä molekyylejä ei sallita läpi. Niitä voidaan kuljettaa vain kalvon läpi passiivisten tai aktiivisten kuljetusprosessien avulla.

Kalvot suojaavat solun sisätilaa ja tilaa soluorganelien sisällä. Ne varmistavat erityisten kemiallisten ja fysikaalisten olosuhteiden ylläpidon tärkeille biokemiallisille reaktioille ilman ulkoisia häiriöitä.

Kalvojen läpäisevyys varmistaa elintärkeiden aineiden selektiivisen kuljetuksen solunulkoisesta tilasta soluun ja aineenvaihduntatuotteiden poiston solusta. Sama pätee yksittäisiin soluorganelleihin.

Toiminto ja tehtävä

Kalvot ovat ehdottoman välttämättömiä häiriöttömän prosessin kannalta elintärkeisiin biokemiallisiin reaktioihin soluissa ja soluorneleissa. Kalvon läpäisevyys on yhtä tärkeää, jotta solut voivat toimittaa tärkeitä ravintoaineita, kuten proteiineja, hiilihydraatteja tai rasvoja. Mineraalien, vitamiinien ja muiden aktiivisten aineosien on myös voitava kulkea kalvon läpi. Samalla syntyy aineenvaihduntatuotteita, jotka on hävitettävä solusta.

Kalvot ovat kuitenkin vain lipofiilisten molekyylien ja pienten kaasumolekyylien, kuten hapen tai hiilidioksidin, läpäiseviä. Polaarisia, hydrofiilisiä tai suuria molekyylejä voidaan kuljettaa kalvon läpi vain kuljetusprosessien kautta. Tätä varten on olemassa passiivisia ja aktiivisia vaihtoehtoja kalvojen kuljettamiseen.

Passiivinen kuljetus toimii toimittamatta energiaa potentiaalin tai pitoisuusgradientin suuntaan. Pienemmät lipofiiliset molekyylit tai kaasumolekyylit altistuvat normaalille diffuusiolle. Normaali diffuusio ei ole enää mahdollista suurempien molekyylien kanssa. Tietyt kuljetusproteiinit tai kanavaproteiinit voivat helpottaa kuljetusta täällä. Kuljetusproteiinit kulkevat kalvon läpi kuin tunneli. Pienemmät polaariset molekyylit voidaan kuljettaa tämän tunnelin läpi polaaristen aminohappojen vaikutuksesta. Tämä mahdollistaa myös pienten varautuneiden ionien kuljettamisen tunnelin läpi.

Toinen passiivinen kuljetusvaihtoehto johtuu kantajaproteiineista, jotka erikoistuvat tiettyihin molekyyleihin. Kun molekyyli telakoituu, ne muuttavat rakennettaan ja kuljettavat sen kalvon läpi.

Kalvojen aktiivisen kuljetuksen tapauksessa energian syöttö on välttämätöntä. Vastaava molekyyli kuljetetaan konsentraatiogradienttia tai sähköistä gradienttia vastaan. Energiaa toimittavat prosessit johtuvat ATP: n hydrolyysistä, varausgradientin muodostumisesta sähkökentän muodossa tai entropian kasvusta rakentamalla pitoisuusgradientti.

Endosytoosia tai eksosytoosia on saatavana aineille, jotka eivät läpäise kalvoa ollenkaan. Endosytoosissa biomembraanin invaginaatio vie tipan nestettä ja kuljettaa sen soluun. Tämä luo ns. Endosomin, joka kuljettaa tärkeitä aineita sytoplasmaan. Eksosytoosin aikana sytoplasmassa olevat jätetuotteet kulkeutuvat membraanilla peitetyillä kuljetusrakkuloilla.

Sairaudet ja vaivat

Kalvojen läpäisevyyden häiriöt voivat johtaa erilaisiin sairaustiloihin. Muutokset vaikuttavat erilaisten ionien läpäisevyyteen. Kalvojen läpäisevyyshäiriöt ovat usein seurausta sydän- ja verisuonitaudeista. Tämä voi vaikuttaa kehon elektrolyyttitasapainoon.

Monet perinnölliset syyt aiheuttavat kuitenkin myös kalvojen läpäisevyyshäiriöitä. Erilaiset proteiinit osallistuvat kalvon rakenteeseen ja vastaavat lipidikaksoiskerroksen oikeasta toiminnasta. Tiettyjen proteiinien geneettiset muutokset ovat vastuussa muun muassa kalvon läpäisevyyden muutoksista.

Yksi esimerkki on tauti Myotonia congenita Thomsen. Tämä sairaus on lihasten toiminnan geneettinen häiriö. Geeni, joka koodaa lihaskuitumembraanien kloridikanavia, on mutatoitunut. Kloridi-ionien läpäisevyys vähenee. Tämä johtaa helpompaan lihaskuidun depolarisaatioon kuin terveillä ihmisillä. Taipumus lihaksen supistumiseen lisääntyy, mikä tuntuu jäykkyytenä. Esimerkiksi suljettu nyrkki voidaan avata vain tietyllä viiveellä. Silmät voidaan avata vasta 30 sekunnin kuluttua sulkemisesta, joka tunnetaan nimellä kansi-viive.

On myös autoimmuunisairauksia, jotka kohdistuvat erityisesti biomembraaneihin. Tässä yhteydessä tunnetaan ns. Antifosfolipidioireyhtymä (APS). Tässä sairaudessa kehon immuunijärjestelmä on suunnattu proteiineja vastaan, jotka ovat sitoutuneet kalvon fosfolipideihin. Tuloksena on veren hyytymisen lisääntyminen. Sydänkohtausten, aivohalvauksien ja keuhkoembolioiden todennäköisyys kasvaa.

Kalvojen läpäisevyyden häiriöitä löytyy myös ns. Mitokondriopatioista. Mitokondrioissa energiaa saadaan hiilihydraattien, rasvojen ja proteiinien polttamisesta. Mitokondrit ovat soluorganelleja, joita myös ympäröi kalvo. Näissä energiavoimalaitoksissa tuotetaan suuri joukko vapaita radikaaleja. Jos niitä ei vangita, kalvot vaurioituvat. Tämä rajoittaa vakavasti mitokondrioiden toimintaa. Syyt radikaalien poistoaineiden heikentyneelle tehokkuudelle ovat kuitenkin erilaisia.