Semi-permeabilità

Semi-permeabilità si riferisce alla biomembrana che è selettivamente permeabile a determinate sostanze e non può essere trasmessa da altre sostanze. La semipermeabilità è alla base dell'osmosi e caratterizza le cellule di tutti gli esseri viventi. Le interruzioni della semipermeabilità hanno conseguenze devastanti per l'equilibrio elettrolitico e idrico nei compartimenti cellulari.

Cos'è la semipermeabilità?

Semipermeabilità significa letteralmente "semipermeabilità". Il termine sta per una proprietà di interfacce fisiche o sostanziali. Le superfici semipermeabili consentono il passaggio di alcune particelle impedendo il passaggio di altre.

Nella tecnologia medica e in biologia, la semipermeabilità gioca un ruolo soprattutto nel contesto delle membrane. Le membrane semipermeabili hanno una permeabilità selettiva e consentono a determinate particelle di passare attraverso la membrana in una certa direzione. Le membrane corrispondenti rappresentano un sistema di separazione che consente a determinate sostanze di passare dall'altra parte della membrana senza specifici sistemi di trasporto.

Le membrane circondano le cellule in cui un ambiente specifico deve essere mantenuto per motivi di sopravvivenza. Senza la semipermeabilità delle membrane, il mantenimento dell'ambiente specifico della cellula sarebbe inconcepibile. In biologia, la semipermeabilità è anche la base per processi come l'osmosi, l'osmoregolazione e il turgore.

Funzione e compito

Il termine trasporto di membrana riassume tutte le penetrazioni di materiale attraverso la biomembrana. Il trasporto di membrana è caratterizzato da due meccanismi fondamentalmente differenti: oltre alla permeazione libera nel senso di diffusione, c'è anche il trasporto specifico.

La membrana è costituita da un doppio strato lipidico, che di per sé rappresenta una barriera tra i compartimenti acquosi della cellula. Lo spazio extraplasmatico e citoplasmatico sono separati l'uno dall'altro in questo modo. Ambienti diversi possono prevalere nei compartimenti. In alcuni sistemi biologici, una membrana cellulare è permeabile a molecole più piccole grazie alla sua fluidità. Questa permeabilità esiste nel sistema biologico, ad esempio, per l'acqua, che si muove lungo la membrana secondo il gradiente di concentrazione esistente nella direzione della concentrazione più alta.

Questo principio è un elemento costitutivo di base di molti organismi e quindi anche una base dell'organismo umano. Le membrane semipermeabili sono principalmente permeabili ai solventi. Le sostanze disciolte sono spesso trattenute dalla membrana per poter mantenere l'ambiente cellulare dietro lo strato di separazione. Ciò significa che le membrane semipermeabili consentono il passaggio di molecole fino a una certa massa o dimensione molare, mentre a quelle al di sopra di una data massa o dimensione molare viene impedito il passaggio.

La scienza ora considera le irregolarità temporanee all'interno dei doppi strati lipidici delle membrane come la causa principale della semipermeabilità. Come base dell'osmosi, la semipermeabilità è una componente importante di tutti gli organismi viventi. Il termine osmosi descrive il flusso diretto di particelle molecolari attraverso membrane selettivamente permeabili o semipermeabili. Per ottenere un equilibrio idrico regolato, le cellule di tutti gli esseri viventi dipendono dall'osmosi e quindi dalla semipermeabilità.

La semipermeabilità è fondamentale anche per l'osmoregolazione. Ciò significa la capacità di regolare le concentrazioni di sostanze osmoticamente attive nel metabolismo. Questa capacità serve ad evitare lo stress osmotico e aiuta anche gli esseri viventi a sfruttare il loro potenziale osmotico.

Inoltre, la semipermeabilità costituisce la base della pressione turgorale delle piante. Questa pressione corrisponde a una pressione idrostatica nelle cellule, che consente processi fisiologici come lo scambio di gas o diversi processi di trasporto.

Malattie e disturbi

Le risposte infiammatorie sistemiche come la sepsi possono influenzare la permeabilità. In questo contesto, viene rilasciata la sostanza mediatore istamina. Dopo il rilascio, la permeabilità dei vasi aumenta, tra le altre cose.

Esistono molte altre risposte infiammatorie che influenzano la permeabilità della membrana di diversi tessuti. Uno di questi è la pancreatite, in cui la semipermeabilità del sistema dei dotti pancreatici è influenzata da disturbi. La permeabilità della membrana delle cellule diminuisce in questo caso. Questo fenomeno può essere riconosciuto, ad esempio, dalla penetrazione del mezzo di contrasto a raggi X durante la diagnostica per immagini.

Ulteriori disturbi della permeabilità della membrana si verificano nel contesto delle malattie cardiovascolari. Nella maggior parte dei casi, tutti i disturbi della permeabilità della membrana provocano uno squilibrio nell'equilibrio elettrolitico.

Oltre ai contesti descritti, i disturbi della permeabilità di membrana possono anche avere una base ereditaria.Una mutazione ereditaria delle proteine ​​di membrana può, ad esempio, modificare in modo significativo la permeabilità di una membrana cellulare, ad esempio in malattie come la Myotonia congenita Thomsen.

In questa malattia, i canali del cloruro all'interno dei muscoli che sono stati alterati da una mutazione genetica compromettono il passaggio della membrana per gli ioni cloruro. Senza il passaggio di questi ioni, i muscoli non possono lavorare al loro pieno potenziale.

In definitiva, tutti i disturbi della permeabilità della membrana mostrano effetti significativi sull'intero organismo. Se, ad esempio, una membrana semipermeabile improvvisamente non è più permeabile ai solventi, il bilancio idrico nei compartimenti della cella è sbilanciato. Se una membrana semipermeabile è di nuovo troppo permeabile, anche in questo caso cambia l'ambiente specifico dei compartimenti cellulari. In entrambi i casi, la cellula colpita può essere condannata a morire perché l'ambiente di lavoro previsto dei suoi compartimenti è sbilanciato.

Le malattie autoimmuni possono anche compromettere la permeabilità della membrana. La sindrome da antifosfolipidi, ad esempio, è diretta specificamente contro la biomembrana e ne modifica la permeabilità fisiologica.

Nelle piante si osservano anche alcuni disturbi nella permeabilità della membrana o semipermeabilità delle membrane associate ad organismi parassiti. Alcuni parassiti espellono le tossine appassite nel senso dei marasmini. Queste sostanze causano disturbi della semipermeabilità al fine di provocare un aumento della permeabilità nel plasma della cellula ospite e quindi di ottenere un accesso senza ostacoli.