Trasporto della membrana

Al Trasporto della membrana le sostanze passano attraverso una membrana biologica o sono attivamente trasportate attraverso le membrane. A differenza del trasporto attivo, la diffusione è la via di trasporto a membrana più semplice e non richiede alcuna fornitura aggiuntiva di energia. I disturbi del trasporto di membrana sono associati a una varietà di malattie diverse.

Cos'è il trasporto della membrana?

Le biomembrane racchiudono aree come il citoplasma delle cellule e quindi generano una regione controllata con un ambiente relativamente indipendente dal mondo esterno. L'ambiente specifico della cella all'interno delle celle può essere creato e mantenuto solo grazie alla schermatura dal mondo esterno.

Il doppio strato di una biomembrana è costituito da fosfolipidi ed è permeabile solo ai gas e alle piccole molecole, nella maggior parte dei casi scariche. Per gli ioni polari idrofili e altre sostanze bioattive, il doppio strato lipidico corrisponde a una barriera, che sono necessari ulteriori meccanismi di trasporto per superare.

Il trasporto di membrana corrisponde al passaggio di sostanze attraverso una biomembrana. Due diversi principi giocano un ruolo qui. Il primo principio è la diffusione o permeazione libera, il secondo è il trasporto di massa selettivo. Oltre alla semplice diffusione, contano anche principi funzionali come il trasporto passivo attraverso proteine ​​canale o proteine ​​trasportatrici e il trasporto attivo per il trasporto transmembrana.

Endocitosi, esocitosi e transcitosi appartengono al trasporto di spostamento della membrana. Poiché le parti della membrana stesse vengono spostate durante il trasporto di spostamento della membrana, talvolta viene menzionato anche un flusso di membrana.

Il trasporto di membrana supporta le funzioni cellulari e la comunicazione cellulare con l'ambiente. Lo scambio selettivo di sostanze è reso possibile dai meccanismi di trasporto.

Funzione e compito

Il doppio strato lipidico o lo strato lipidico bimolecolare di una biomembrana corrisponde a una barriera tra compartimenti acquosi nella forma dello spazio extraplasmatico e citoplasmatico. Solo piccole molecole possono diffondersi tra i compartimenti attraverso una biomembrana, ad esempio l'acido acetico così come l'acqua. Per molecole più grandi la velocità di diffusione è relativamente bassa.

La permeabilità delle membrane a piccole molecole è anche nota come semipermeabilità e costituisce la base dell'osmosi. Secondo le attuali ipotesi, ogni biomembrana è una struttura fluida con irregolarità temporanee all'interno del doppio strato lipidico. Le molecole con proprietà idrofobiche si dissolvono attraverso l'area della membrana idrofobica a causa del loro coefficiente di distribuzione. Anche particelle più grandi come gli ormoni steroidei possono diffondersi attraverso le membrane.

Al contrario, molecole specifiche fanno uso di trasporto di membrana specifico. Il percorso di trasporto è legato alle proteine ​​di trasporto della membrana integrale note come traslocatori. Il trasporto specifico è specifico del substrato e saturabile. I traslocatori di questo percorso di trasporto includono trasportatori che vengono caricati con il substrato e che possono provocare un cambiamento conformazionale nella membrana per introdurne la carica.

A causa delle velocità di trasporto relativamente elevate, in ciascuna membrana è presente un canale di trasporto permanente. Le proteine ​​integrali di membrana con funzioni nel trasporto di membrana di solito corrispondono a strutture oligomeriche. Nel caso di trasporto specifico, vi è diffusione catalizzata senza consumo energetico aggiuntivo o trasporto attivo con consumo energetico.

La diffusione catalizzata e il trasporto attivo offrono la possibilità di trasportare solo una singola particella in modo unidirezionale e di trasportare due particelle insieme nella stessa direzione o in direzioni opposte. La diffusione catalizzata dalle proteine ​​di trasporto della membrana segue solo l'equalizzazione della concentrazione lungo il gradiente di concentrazione esistente delle sostanze tra i due compartimenti della cellula. Il trasporto attivo avviene sempre contro il gradiente di concentrazione.

I pori della biomembrana esterna vengono utilizzati per il passaggio aspecifico di particelle idrofile. Il canale di trasporto effettivo di una biomembrana è costituito da fogli β. Il trasporto della membrana è indispensabile per tutte le funzioni corporee e i tessuti del corpo, ad esempio per il sistema nervoso e i suoi canali ionici dipendenti dal voltaggio.

Malattie e disturbi

I disturbi nei sistemi di trasporto della membrana possono causare gravi danni cellulari e persino insufficienza d'organo. All'interno dell'intestino o dei reni, disturbi del trasporto di membrana derivano, ad esempio, da disturbi dell'assorbimento e della secrezione.

Le mitocondriopatie, ad esempio, portano a disturbi del trasporto di membrana. In questo caso viene influenzato il sistema enzimatico, che consente la generazione di energia mediante fosforilazione ossidativa. I disturbi dell'ATP sintasi meritano una menzione speciale in questo contesto. Questo enzima è una delle più importanti proteine ​​transmembrana che, ad esempio, assume la funzione di enzima di trasporto all'interno della pompa protonica. L'enzima catalizza l'apporto di ATP nel corpo sano e consente il trasporto di protoni a risparmio energetico lungo il gradiente protonico con formazione di ATP. L'ATP sintasi è quindi uno dei più importanti convertitori di energia nell'organismo umano e trasforma una forma di energia in un'altra. Le malattie mitocondriali sono malfunzionamenti dei processi metabolici mitocondriali che provocano un ridotto apporto di sintesi di ATP e quindi riducono le prestazioni dell'organismo.

Inoltre, tutte le proteine ​​e gli enzimi trasportatori possono essere alla fine influenzati da mutazioni o difetti di trascrizione. Le mutazioni nel materiale genetico delle proteine ​​trasportatrici lasciano le proteine ​​interessate in una forma modificata in modo che il trasporto della sostanza attiva sia reso più difficile. Questo fenomeno è rilevante, ad esempio, per alcune malattie dell'intestino tenue.

Disturbi nel flusso della membrana possono a loro volta essere correlati a un'ampia varietà di malattie. Nei tumori, ad esempio, l'endocitosi è spesso più difficile. Anche infezioni o malattie neurogenerative possono causare disturbi a questo riguardo. Neuropatie con ridotta capacità di deambulazione e ridotta velocità di conduzione nervosa nonché disturbi sensoriali sono un esempio di disturbi neurodegenerativi dovuti al flusso di membrana disturbato.

Anche la malattia di Huntington correlata alla mutazione interrompe il flusso della membrana neurogenico. Inoltre, l'esocitosi dei neurotrasmettitori può essere ostacolata a causa delle tossine. L'esocitosi disturbata è anche alla base di malattie metaboliche come la fibrosi cistica. I disturbi della pinocitosi sono ora associati anche a malattie come l'Alzheimer.

I disturbi del trasporto di membrana non solo possono avere molte ragioni diverse, ma alla fine portano anche a molti sintomi diversi e un'ampia varietà di malattie.