חדירות ממברנות

ה חדירות ממברנות מאפיין את החדירות של מולקולות דרך קרום התא. כל התאים מופרדים מהחלל הבין-תאי על ידי ביוממברנות ובו זמנית מכילים אברוני תאים אשר בתורם מוקפים ממברנות. חדירות הממברנות הכרחית לריצה חלקה של התגובות הביוכימיות.

מהי חדירות הממברנה?

חדירות הממברנה מוגדרת כחדירות הביוממברנה לנוזלים וחומרים מומסים. עם זאת, ממברנות התא אינן חדירות לכל החומרים. לפיכך, הם נקראים גם קרומים למחצה (ממברנות חדירות למחצה).

ביוממברנות מורכבות משתי שכבות פוספוליפיד החדירות לגזים כמו חמצן או פחמן דו חמצני וכן חומרים מסיסים בשומנים שאינם קוטביים. חומרים אלה יכולים לעבור דרך הממברנות באמצעות דיפוזיה רגילה. אסור לעבור מולקולות קוטביות והידרופיליות. ניתן להעביר אותם רק דרך הממברנה בתהליכי הובלה פסיביים או פעילים.

ממברנות מגנות על המרחב התא הפנימי ועל החלל בתוך אברי התא. הם מבטיחים שמירה על תנאים כימיים ופיזיים מיוחדים לתגובות ביוכימיות חשובות ללא הפרעה חיצונית.

חדירות הממברנות מבטיחה הובלה סלקטיבית של חומרים חיוניים מהחלל החוץ תאי לתא והוצאת מוצרים מטבוליים מהתא. כך גם באברוני התאים האישיים.

פונקציה ומשימה

ממברנות הכרחיות לחלוטין לתהליך הבלתי מופרע של תגובות ביוכימיות חיוניות בתאים ובאברוני התא. חדירות הממברנה חיונית לא פחות בכדי להיות מסוגלת לספק לתאים חומרים מזינים חשובים כמו חלבונים, פחמימות או שומנים. מינרלים, ויטמינים ומרכיבים פעילים אחרים חייבים להיות מסוגלים לעבור גם דרך הממברנה. במקביל, נוצרים מוצרים מטבוליים שיש לסלקם מהתא.

עם זאת, הממברנות חדירות רק למולקולות ליפופיליות ומולקולות גז קטנות כמו חמצן או פחמן דו חמצני. מולקולות קוטביות, הידרופיליות או גדולות ניתנות להובלה רק דרך הממברנה באמצעות תהליכי הובלה. ישנן אפשרויות פסיביות ופעילות להובלת ממברנות לשם כך.

הובלה פסיבית עובדת מבלי לספק אנרגיה לכיוון שיפוע פוטנציאלי או ריכוז. מולקולות ליפופיליות קטנות יותר או מולקולות גז נתונות להתפשטות רגילה. דיפוזיה רגילה כבר לא אפשרית עם מולקולות גדולות יותר. חלבוני תעבורה מסוימים או חלבוני תעלה יכולים להקל על הובלה לכאן. חלבוני ההובלה חוצים את הממברנה כמו מנהרה. ניתן לעבור מולקולות קטנות קטנות יותר במנהרה זו באמצעות פעולת חומצות אמינו קוטביות. זה מאפשר גם הובלת יוני טעונים קטנים דרך המנהרה.

אפשרות הובלה פסיבית נוספת נובעת מפעולה של חלבונים נשאים המתמחים במולקולות מסוימות. כאשר המולקולה עגנה, הם משנים את הקונפורמציה שלהם ומעבירים אותה דרך הממברנה.

במקרה של הובלה ממברנה פעילה, אספקת האנרגיה הכרחית. המולקולה המתאימה מועברת כנגד שיפוע ריכוז או שיפוע חשמלי. תהליכי אספקת אנרגיה נובעים מהידרוליזה של ATP, הצטברות של שיפוע מטען בצורה של שדה חשמלי או עליית האנטרופיה על ידי בניית שיפוע ריכוז.

אנדוציטוזיס או אקסוציטוזיס זמינים לחומרים שאינם יכולים לחדור לקרום כלל. באנדוציטוזיס, הפתיחה של הביוממברנה תופסת טיפת נוזל ומעבירה אותו לתא. זה יוצר אנדוזום שנקרא, המעביר חומרים חשובים לציטופלזמה. במהלך האקסוציטוזה, מוצרי הפסולת בציטופלזמה מתבצעות על ידי שלפוחיות הובלה המכוסות בקרום.

מחלות ומחלות

הפרעות בחדירות הממברנה עלולות להוביל למצבי מחלה שונים. השינויים משפיעים על חדירות היונים השונים. הפרעות חדירות ממברנות הן לרוב תוצאה של מחלות לב וכלי דם. זה יכול להשפיע על מאזן האלקטרוליטים בגוף.

עם זאת, גורמים תורשתיים רבים גורמים גם להפרעות חדירות ממברנות. חלבונים שונים מעורבים במבנה הממברנה ואחראים לתפקודו הנכון של שכבת הדו-שיח. שינויים גנטיים בחלבונים מסוימים אחראים בין היתר לשינויים בחדירות הממברנה.

דוגמא אחת היא המחלה Myotonia congenita Thomsen. מחלה זו היא הפרעה גנטית בתפקוד השרירים. גן שמקודד את תעלות הכלוריד של קרומי סיבי השריר הוא מוטציה. החדירות של יוני הכלוריד מצטמצמת. זה מוביל לפילוח קל יותר של סיבי שריר מאשר אצל אנשים בריאים. הנטייה להתכווצות שרירים מוגברת, המורגשת כנוקשות. לדוגמא, אגרוף סגור ניתן לפתוח רק עם עיכוב מסוים. ניתן לפתוח את העיניים רק לאחר 30 שניות לאחר הסגירה, המכונה מכסה-פיגור.

ישנן גם מחלות אוטואימוניות שמכוונות באופן ספציפי לביוממברנות. בהקשר זה ידוע מה שמכונה תסמונת אנטיפוספוליפיד (APS). במחלה זו מערכת החיסון של הגוף מופנית כנגד חלבונים הקשורים לפוספוליפידים בקרום. התוצאה היא קרישה מוגברת של הדם. הסבירות להתקפי לב, שבץ מוחי ותסחיף ריאתי מוגברת.

הפרעות בחדירות הממברנה ניתן למצוא גם במה שנקרא מיטוכונדריופתים. במיטוכונדריה מתקבלת אנרגיה משריפת פחמימות, שומנים וחלבונים. המיטוכונדריה הן אברוני תאים המוקפים גם הם בקרום. מספר רב של רדיקלים חופשיים מיוצרים בתוך תחנות כוח אנרגיה אלה. אם אלה לא יתפסו, הקרומים ייפגעו. זה מגביל מאוד את תפקוד המיטוכונדריה. הגורמים ליעילותם המופחתת של הרחפנים הרדיקליים הם שונים.