הובלת ממברנה

ב הובלת ממברנה חומרים עוברים בקרום ביולוגי או מועברים באופן פעיל דרך ממברנות. בניגוד לתובלה פעילה, דיפוזיה היא דרך הובלת הממברנה הפשוטה ביותר ואינה דורשת אספקת אנרגיה נוספת. הפרעות בהעברת הממברנה קשורות למגוון מחלות שונות.

מהו הובלת קרום?

ביוממברנות תוחמות אזורים כמו ציטופלזמה של תאים ובכך מייצרים אזור מבוקר עם סביבה יחסית עצמאית מהעולם החיצון. ניתן לבנות ולתחזק את סביבת התאים הספציפית שבתאים, עקב סיכוך מהעולם החיצון.

השכבה הכפולה של ביוממברנה מורכבת מפוספוליפידים והיא חדירה רק לגזים וקטנים, ברוב המקרים מולקולות לא טעונות. ביונים קוטביים הידרופיליים וחומרים ביו-אקטיביים אחרים, דו שכבתי השומנים תואם מחסום, עליו נדרשים מנגנוני תעבורה נוספים.

הובלת הממברנה תואמת את מעבר החומרים דרך ביוממברנה. שני עקרונות שונים ממלאים כאן תפקיד. העיקרון הראשון הוא דיפוזיה או חדירה חופשית, השני הוא הובלה המונית סלקטיבית. בנוסף לדיפוזיה פשוטה, עקרונות פונקציונליים כמו הובלה פסיבית דרך חלבוני תעלה או חלבוני נשא והובלה פעילה להובלת טרנסממברנה.

אנדוציטוזיס, אקסוציטוזיס וטרנסציטוזיס שייכים לתעבורה העקירה. מכיוון שחלקי הממברנה עצמם מועברים במהלך הובלת קרום העקירה, מוזכר לפעמים גם זרימת קרום.

הובלת ממברנה תומכת בתפקודי תאים ותקשורת תאים עם הסביבה. החלפת סלקטיבית של חומרים מתאפשרת על ידי מנגנוני ההובלה.

פונקציה ומשימה

שכבת הדו-שיח השומנית או השכבה השומנית בימולקולרית של ביוממברנה תואמת את המחסום בין תאים מימיים בצורה של המרחב החוץ-פלסמי והציטופלזמטי. רק מולקולות קטנות יכולות להתפזר דרך ביוממברנה בין התאים, למשל חומצה אצטית כמו גם מים. עבור מולקולות גדולות יותר קצב הדיפוזיה נמוך יחסית.

חדירות של ממברנות למולקולות קטנות ידועה גם כ Semipermeability ומהווה בסיס לאוסמוזה. על פי ההנחות העכשוויות, כל ביוממברנה היא מבנה נוזלי עם חריגות זמניות בתוך הדו-קרב השומני. מולקולות בעלות תכונה הידרופובית מתמוססות באזור הממברנה ההידרופובית בגלל מקדם ההפצה שלהן. אפילו חלקיקים גדולים יותר כמו הורמוני סטרואידים יכולים להתפזר דרך הממברנות.

לעומת זאת, מולקולות ספציפיות עושות שימוש בהובלת קרום ספציפית. מסלול ההובלה קשור לחלבוני הובלה קרום אינטגרליים המכונים טרנסלוקטים. ההובלה הספציפית הינה ספציפית למצע ורוויה. המתרגמים של נתיב תעבורה זה כוללים נשאים העמוסים על המצע ויכולים להביא לשינוי קונפורמטיבי בקרום על מנת להכניס את המטען שלו.

בשל שיעורי ההובלה הגבוהים יחסית, ישנו תעלת הובלה קבועה בכל קרום. חלבוני הממברנה האינטגרלית עם פונקציות בהובלת הממברנה תואמים בדרך כלל למבנים אוליגומריים. עם הובלה ספציפית יש דיפוזיה מזרזת ללא צריכת אנרגיה נוספת או הובלה פעילה עם צריכת אנרגיה.

דיפוזיה מזרזת ותובלה פעילה מציעים אפשרות להעביר רק חלקיק אחד באופן חד כיווני, שני חלקיקים יחד באותו כיוון או בכיוון ההפוך. דיפוזיה מנותזת על ידי חלבוני הובלה ממברנה עוקבת רק אחר השוואת הריכוז לאורך מדרגת הריכוז הקיימת של חומרים בין שני תאי התא. הובלה פעילה תמיד מתבצעת כנגד מדרגת הריכוז.

נקבוביות הביוממברנה החיצונית משמשות למעבר לא ספציפי של חלקיקים הידרופיליים. תעלת ההובלה בפועל של ביוממברנה מורכבת מגיליונות β. הובלת ממברנה חיונית לכל תפקודי הגוף והרקמות בגוף, למשל עבור מערכת העצבים וערוצי היונים התלויים במתח שלה.

מחלות ומחלות

הפרעות במערכות הובלת הממברנה עלולות לגרום לנזק תאים קשה ואף לאי ספיקת איברים. בתוך המעי או הכליות, הפרעות בתעבורת הממברנה נובעות, למשל, מהפרעות ספיגה והפרשה.

מיטוכונדריופתיות, למשל, מובילות להפרעות בהעברת קרום. במקרה זה, מערכת האנזים מושפעת, המאפשרת להפיק אנרגיה באמצעות זרחן חמצוני. הפרעות בסינתז ATP ראויות לציון במיוחד בהקשר זה. אנזים זה הוא אחד מחלבוני הטרנסממברנה החשובים ביותר, למשל, שלוקח תפקיד של אנזים הובלה בתוך משאבת הפרוטון. האנזים מזרז את אספקת ה- ATP בגוף הבריא ומאפשר הובלת פרוטונים חסכונית באנרגיה לאורך שיפוע הפרוטון עם היווצרות ATP. לפיכך ATP synthase הוא אחד ממירי האנרגיה החשובים ביותר באורגניזם האנושי והופך צורה אחת של אנרגיה לאחרת. מחלות מיטוכונדריות הן תקלות בתהליכים המטבוליים המטבולים הגורמים לאספקה ​​מופחתת של סינתזת ATP ובכך מפחיתים את ביצועי הגוף.

בנוסף, בסופו של דבר כל חלבוני הטרנספורטר והאנזימים יכולים להיות מושפעים ממוטציות או פגמים בתמלול. מוטציות בחומר הגנטי של חלבוני טרנספורטר משאירות את החלבונים הנגועים בצורה שונה, כך שההובלה של החומרים הפעילים מתקשה יותר. תופעה זו רלוונטית, למשל, לכמה מחלות במעי הדק.

הפרעות בזרימת הממברנה יכולות להיות קשורות למגוון רחב של מחלות. בגידולים, למשל, אנדוציטוזיס לעיתים קרובות קשה יותר. זיהומים או מחלות עצביות יכולים גם הם לגרום להפרעות בהקשר זה. נוירופתיות עם פגיעה ביכולת ההליכה והפחתת מהירות הולכת העצבים כמו גם הפרעות תחושתיות הן דוגמא לתלונות ניוון עצבים כתוצאה מזרימת קרום מופרעת.

מחלת הנטינגטון הקשורה למוטציה גם משבשת את זרימת הממברנה בנוירוגנית. בנוסף, ניתן לעכב את האקסוציטוזה של המועברים העצביים כתוצאה מרעלים. אקסוציטוזה מופרעת היא גם הבסיס למחלות מטבוליות כמו סיסטיק פיברוזיס. הפרעות בפינוציטוזיס קשורות כיום גם למחלות כמו אלצהיימר.

הפרעות בתחבורת הממברנה יכולות להיות לא רק מסיבות רבות ומגוונות, אלא בסופו של דבר גם להוביל לתסמינים רבים ומגוונים ומגוון רחב של מחלות.