PUOLILÄPÄISEVÄT KALVOT: OMINAISUUDET, KULJETUS, TOIMINNOT - BIOLOGIA - 2026

Puoliläpäisevät membraanit, joita kutsutaan myös "selektiivisesti läpäisevä" ovat kalvoja, jotka voivat kulkea Joidenkin aineiden, mutta estää kulun muiden läpi. Nämä kalvot voivat olla luonnollisia tai synteettisiä.

Luonnolliset kalvot ovat kaikkien elävien solujen kalvoja, kun taas synteettiset kalvot, jotka voivat olla luonnollista alkuperää (selluloosa) tai eivät, syntetisoidaan eri käyttötarkoituksiin.

Puoliläpäisevän kalvon kaavamainen esitys (Lähde: Adam Rędzikowski Wikimedia Commonsin kautta)

Esimerkki keinotekoisten tai synteettisten puoliläpäisevien membraanien käyttökelpoisuudesta ovat ne, joita käytetään munuaisdialyysikoneissa, tai ne, joita käytetään suodattamaan seoksia teollisuudessa tai erilaisissa kemiallisissa prosesseissa.

Aineiden kulkeminen puoliläpäisevän kalvon läpi tapahtuu useilla mekanismeilla. Solu- ja synteettisissä membraaneissa tämä voi tapahtua diffuusiolla halkaisijaltaan erilaisten huokien läpi, jotka "valitsevat" koon mukaan kalvon ylittävät aineet. Voi myös tapahtua, että aineet pääsevät diffuusion avulla liukenemaan kalvoon.

Elävissä soluissa aineiden kulkeutuminen kalvojen läpi voi tapahtua kuljettimien avulla, jotka toimivat aineiden pitoisuusgradienttien puolesta tai niitä vastaan. Kaltevuus, tässä tapauksessa, on aineen pitoisuusero kalvon molemmilla puolilla.

Kaikilla maapallon soluilla on kalvoja, jotka suojaavat ja erottavat sisäiset komponenttinsa ulkoisesta ympäristöstä. Ilman kalvoja ei ole soluja ja ilman soluja ei ole elämää.

Koska nämä kalvot ovat yleisin esimerkki puoliläpäisevistä kalvoista, niihin kiinnitetään erityistä huomiota jäljempänä.

ominaisuudet

Ensimmäiset tutkimukset biologisten membraanien komponenttien selvittämiseksi tehtiin käyttämällä punasoluja. Näissä tutkimuksissa osoitettiin kalvojen muodostavan kaksoiskerroksen läsnäolo ja sitten havaittiin, että näiden kerrosten komponentit olivat lipidejä ja proteiineja.

Kaikki biologiset kalvot koostuvat kaksinkertaisesta lipidimatriisista, johon on "upotettu" erityyppisiä proteiineja.

Solumembraanien lipidimatriisi koostuu tyydyttyneistä ja tyydyttymättömistä rasvahapoista; jälkimmäiset antavat membraanille tietyn juoksevuuden.

Lipidit on järjestetty siten, että ne muodostavat kaksikerroksisen, jossa jokaisella lipidillä, jolla on hydrofiilinen pää (jolla on affiniteetti veteen) ja yhdellä tai kahdella hydrofobisella hännellä (vesifobia, hylkii vettä), on hiilivetypää. vastakkain rakenteen keskellä.

Fosfolipidit ovat yleisimpiä lipidejä, jotka muodostavat biologisia kalvoja. Näitä ovat fosfatidyylikoliini, fosfatidyylinositoli, fosfatidyylietanoliamiini ja fosfatidyyliseriini.

Esimerkki puoliläpäisevästä biologisesta kalvosta (Lähde: LadyofHats Wikimedia Commonsin kautta)

Kalvojen lipideissä on myös kolesterolia ja glykolipidejä, joilla kaikilla on amfipaattisia ominaisuuksia.

Puoliläpäisevien membraanien proteiinit ovat erityyppisiä (joillakin näistä voi olla entsymaattinen aktiivisuus):

(1) ne, jotka muodostavat ionikanavia tai huokosia

(2) kuljettajaproteiinit

(3) proteiinit, jotka sitovat yhden solualueen toiseen ja sallivat kudosten muodostumisen

(4) reseptoriproteiinit, jotka sitoutuvat solunsisäisiin kaskadeihin ja

Kuljetus

Puoliläpäisevässä biologisessa membraanissa kuljetus voi tapahtua yksinkertaisella diffuusiolla, helpotetulla diffuusiolla, kotransportilla, aktiivisella kuljetuksella ja sekundaarisella aktiivisella kuljetuksella.

Yksinkertainen diffuusiokuljetus

Tämän tyyppisessä kuljetuksessa energia, joka kuljettaa aineita kalvon läpi, on pitoisuusero, joka on kyseisillä aineilla kalvon molemmilla puolilla.

Täten aineet kulkevat enemmän → vähemmän merkityksessä, ts. Paikasta, jossa ne ovat tiivistyneempiä, kohtaan, jossa ne ovat vähemmän konsentroituneita.

Diffuusio voi tapahtua, koska aine laimentuu kalvoon tai kulkee huokosten tai kanavien läpi. Huokosia tai kanavia on kahden tyyppisiä: ne, jotka ovat aina avoinna, ja ne, jotka avautuvat ja sulkeutuvat, ts. Ne ovat tilapäisesti avoinna.

Huokoset, jotka ovat tilapäisesti avoimia vuorostaan, voivat olla (1) jännitteestä riippuvaisia, ts. Ne avautuvat vastauksena tiettyyn jännitteeseen, ja (2) ligandiriippuvaiset, joiden täytyy sitoutua tiettyyn avautuvaan kemikaaliin.

Kuljetus helpotetulla diffuusiolla

Tässä tapauksessa kuljettaja siirtää kuljetettavan aineen kalvon yhdeltä puolelta toiselle. Nämä kuljettajat ovat membraaniproteiineja, jotka voivat olla pysyvästi kalvolla tai vesikkeleissä, jotka sulautuvat siihen tarvittaessa.

Nämä kuljettajat toimivat myös kuljetettavien aineiden pitoisuusgradienttien puolesta.

Nämä kuljetustyypit eivät vaadi energiankulutusta, joten niitä kutsutaan passiivisiksi kuljetuksiksi, koska ne tapahtuvat pitoisuusgradientin hyväksi.

Co-kuljetukset

Toista passiivisen kuljetuksen tyyppiä puoliläpäisevien kalvojen läpi kutsutaan kotransportiksi. Tässä tapauksessa yhden aineen pitoisuusgradienttia käytetään toisen samanaikaiseen kuljetukseen toisen gradientin suhteen.

Tämän tyyppinen kuljetus voi olla kahdessa muodossa: symport, jossa kahta ainetta kuljetetaan samaan suuntaan, ja antisport, jossa yksi aine kuljetetaan yhteen suuntaan ja toinen vastakkaiseen suuntaan.

Aktiivinen kalvojen kuljetus

Ne vaativat energiaa ja tunnetut käyttävät ATP: tä, minkä vuoksi niitä kutsutaan ATPaaseiksi. Nämä entsymaattisella aktiivisuudella varustetut kuljettajat hydrolysoivat ATP: tä aineiden liikkumiseen tarvittavan energian saamiseksi pitoisuusgradienttia vasten.

Kolme tyyppiä ATPaaseja tunnetaan:

Na + / K + -pumput ja kalsiumpumput (kalsium-ATPaasit). Niillä on rakenne, jonka muodostavat kalvon sisään upotetut a- ja ß-alayksiköt.

ATPaasit V ja ATPaasit F, joilla on ominainen varren muoto, joka koostuu useista alayksiköistä ja päästä, joka pyörii varren alayksiköiden ympäri.

ATPaasit V toimivat esimerkiksi vetyionien pumppaamiseksi esimerkiksi pitoisuusgradienttia vastaan, mahassa ja lysosomeissa. Joissakin rakkuloissa, kuten dopaminergisissä, on tämän tyyppisiä vetypommeja, jotka pumppaavat H +: n rakkuloihin.

F-ATPaasit hyödyntävät H + -gradienttia siten, että ne kulkevat sen rakenteen läpi ja ottavat ADP: n ja P: n ja muodostavat ATP: n, ts. ATP: n hydrolysoinnin sijasta ne syntetisoivat sen. Näitä löytyy mitokondrioiden kalvoista.

Toissijainen aktiivinen kuljetus

Juuri tämä kuljetus vie ATPaasin tuottaman sähkökemiallisen gradientin hyödyntäen toisen aineen gradienttia vasten. Toisin sanoen toisen aineen kuljetus sen pitoisuusgradienttia vastaan ​​ei ole suoraan kytketty ATP: n käyttöön kuljettajamolekyylin avulla.

ominaisuudet

Elävissä soluissa puoliläpäisevien kalvojen läsnäolo mahdollistaa niiden sisällä pitoisuuksien säilymisen aineissa, jotka ovat täysin erilaisia ​​kuin samojen aineiden pitoisuudet solunulkoisessa ympäristössä.

Huolimatta näistä konsentraatioeroista ja tiettyjen aineiden avoimista kanavista tai huokosista, nämä molekyylit eivät kuitenkaan pakene tai pääse, ellei tiettyjä olosuhteita tarvita tai muuteta.

Syynä tähän ilmiöön on, että on olemassa sähkökemiallinen tasapaino, joka tekee kalvojen väliset pitoisuuserot kompensoiviksi diffundoituvien ionien tuottaman sähköisen gradientin avulla, ja tämä tapahtuu, koska jotkut aineet eivät pääse ulos solujen sisällä..

Viitteet

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Oleellinen solubiologia. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis -ryhmä.
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., ja Walter, P. (2008). Solun molekyylibiologia (5. painos). New York: Garland Science, Taylor & Francis -ryhmä.
3. Berne, R., & Levy, M. (1990). Fysiologia. Mosby; Kansainvälinen ed-painos.
4. Fox, SI (2006). Ihmisen fysiologia (9. painos). New York, USA: McGraw-Hill Press.
5. Luckey, M. (2008). Kalvorakennebiologia: biokemiallisilla ja biofysikaalisilla perusteilla. Cambridge University Press.