Niistä passiivinen joukkoliikenne on substraattien diffuusio biomembraanin läpi. Tämä diffuusio tapahtuu pitoisuusgradienttia pitkin eikä vaadi mitään energiaa. Difuusioprosessia voidaan esimerkiksi häiritä HIV-potilaiden suolistossa.
Mikä on passiivinen joukkoliikenne?
Solut tai solumuodostelmat erotetaan kehosta toisistaan biomembraanilla. Erityisten rakenteidensa ansiosta tämä joustava erottava kerros mahdollistaa tiettyjen molekyylien ja tiedon kuljettamisen solun sisäpuolelle ja ulos.
Aineiden kuljettamiseen kalvoon ja siitä pois on kaksi perusmuotoa. Kalvoilla on selektiivinen läpäisevyys. Ne antavat joidenkin aineiden diffundoitua samalla, kun ne toimivat esteenä toisille.
Aineiden aktiivinen kuljetus tarkoittaa, että kalvot voivat avautua kohdennetulla tavalla molekyyleille, joille ne eivät todellisuudessa ole läpäiseviä varauksensa, pitoisuutensa tai koonsa vuoksi. Aktiivinen kuljetus tapahtuu aina energian avulla. Tämä on erotettava passiivisen kuljetuksen joukkoliikenteen tyypistä. Tässä aineen liikkumisen muodossa solukalvon läpi ei tarvita energiaa. Passiivinen kuljetus on rinnastettava diffuusioprosesseihin, jotka tapahtuvat pitoisuusgradienttia pitkin ja tuottavat pitoisuuden tasapainon membraanin molemmin puolin.
Toiminto ja tehtävä
Solussa tai solutilassa on tietty kemiallinen ja latausympäristö, joka tarvitaan solun toimintaan. Tätä ympäristöä ylläpitävät vain biomembraanin ominaisuudet ja selektiivinen läpäisevyys. Passiivisen ja aktiivisen aineen kuljetus toimittaa solulle tai soluosastoon tarkalleen oikean määrän täsmälleen sellaisilla aineilla, joita vaaditaan hyödyllisessä ympäristössä.
On olemassa kahta erityyppistä passiivista kuljetusta. Yksinkertainen diffuusio vaikuttaa lipidiliukoisiin molekyyleihin ja tapahtuu erittäin hitaasti. Ne leviävät vapaasti solukalvon läpi. Tämä passiivisen kuljetuksen muoto on vähiten vaivaa. Toinen passiivisen diffuusion tyyppi on helpotettu diffuusio, joka puolestaan voidaan jakaa kahteen alamuotoon. Yksi näistä alamuodoista on kantajavälitteinen helpotettu diffuusio. Tällä passiivisen massansiirron muodolla kalvo poimii substraatin ns. Kantajan avulla. Kantaja on proteiini, joka tunnistaa aineen, johon substraatti sitoutuu. Koska yksinkertainen diffuusio tapahtuu hitaasti, kantaja auttaa kuljettamaan ainetta biomembraanin läpi. Kaikkien kantajamolekyylien lukumäärä on rajoitettu.
Tästä syystä kuljetus kantajamolekyylin läpi on kylläisyyden kinetiikka. Aineiden passiivinen kuljetus kantajamolekyylien avulla voi myös olla alttiina kilpailulle. Kun kantajamolekyyli kytkeytyy substraattiinsa, se muuttaa konformaatiotaan ja järjestelee sitä uudelleen. Seurauksena substraattimolekyyli kuljetetaan biomembraanin läpi ja vapautuu vain jälleen vastakkaiselta puolelta.
Jotkut kantajat voivat kuljettaa vain yhden molekyylin kerrallaan, ja siten niillä on uniport. Muilla kantajilla on sitoutumiskohdat kahdelle erilaiselle molekyylisubstraatille ja ne muuttavat konformaatiota vain, kun molemmat sitoutumiskohdat ovat miehitetyt. Nämä kaksi molekyyliä ovat joko samansuuntaiset samaan suuntaan tai estävät vastakkaisiin suuntiin. Sähkögradientisesta ei ole riippuvuutta.
Toinen tyyppinen helpotettu diffuusio tapahtuu huokosten ja kanavien kautta. Tämä kuljetusmuoto vaikuttaa erityisesti aminohappoihin. Esimerkiksi ionikuljetuksen aikana aminohapon substraatti imeytyy solukalvoon huokosten kautta. Kanavat muodostuvat proteiineista. Näissä proteiineja sisältävissä kanavissa on erityisiä sitoutumiskohtia. Helppo diffuusio huokosten ja kanavien läpi on selektiivinen materiaalin kuljetus, johon voidaan vaikuttaa sähköisesti ja kemiallisesti.
Lähes kaikki kanavat avataan vastauksena tiettyihin signaaleihin. Esimerkiksi ligandiohjattu kanava reagoi vain messenger-aineeseen, kuten hormoniin. Jotkut kanavat ovat jänniteohjattuja ja avoimia diffuusiolle membraanipotentiaalin muuttuessa. Pitoisuuden tasaamisen jälkeen kanavat sulkeutuvat jälleen.
Sairaudet ja vaivat
Jos kalvon läpäisevyys ja siten myös passiivinen massan kuljetus häiriintyvät, erilaisten ionien läpäisevyyttä ei enää ole ihanteellisesti säännelty. Sellaiset membraanin läpäisevyyshäiriöt kehittyvät usein sydän- ja verisuonisairauksista ja joskus heikentävät elektrolyyttitasapainoa.
Joskus kalvojen läpäisevyyshäiriöt ovat myös perinnöllisiä. Eri proteiinit rakentavat biomembraanin ja antavat sille selektiivisesti läpäisevän kaksoislipidikerroksen. Kun mukana olevat proteiinit vaihdetaan, myös membraanin läpäisevyys muuttuu. Tämä ilmiö esiintyy esimerkiksi Myotonia congenita Thomsenissa. Tämä lihastoiminnan geneettinen häiriö aiheuttaa geenin mutaation, joka vastaa yksittäisten kloridikanavien koodaamisesta lihaskuitumembraaneissa. Mutaation vuoksi kloridi-ionien läpäisevyys vähenee ja aiheuttaa siten lihasjäykkyyttä.
Autoimmuunisairaudet voidaan myös kohdistaa biomembraania vastaan, esimerkiksi antifosfolipidioireyhtymä. Immuunijärjestelmä hyökkää kalvon fosfolipideihin sitoutuneisiin proteiineihin osana tautia. Lisääntynyt veren hyytymis taipumus lisää myös sydänkohtausten ja aivohalvauksen riskiä.
Mitokondriaaliset sairaudet muuttavat myös kalvojen läpäisevyyttä. Mitokondrit ovat kehon omia energiavoimalaitoksia, jotka vapauttavat vapaita radikaaleja energiaa tuotettaessa. Nämä aineet tarttuvat terveisiin ihmisiin. Tämä prosessi epäonnistuu potilailla, joilla on mitokondiopatia, joka vahingoittaa kalvoja ja vähentää huomattavasti mitokondrioiden kykyä tuottaa energiaa.
Aineiden passiiviseen ja aktiiviseen kulkeutumiseen ohutsuolen kalvojen läpi vaikuttavat erityisesti sellaiset häiriöt kuin HIV-enteropatia. Tämä ilmiö vaikuttaa erityisesti HIV-potilaisiin, joilla on krooninen ripuli, ja siihen voi liittyä interstinaalisten entsyymien vähentynyt aktiivisuus.
