Permeabilità della membrana

Il Permeabilità della membrana caratterizza la permeabilità delle molecole attraverso la membrana cellulare. Tutte le cellule sono separate dallo spazio intercellulare da biomembrane e allo stesso tempo contengono organelli cellulari che sono a loro volta circondati da membrane. La permeabilità delle membrane è necessaria per il regolare svolgimento delle reazioni biochimiche.

Qual è la permeabilità della membrana?

La permeabilità della membrana è definita come la permeabilità della biomembrana per liquidi e sostanze disciolte. Le membrane cellulari, tuttavia, non sono permeabili a tutte le sostanze. Pertanto, sono anche chiamate membrane semipermeabili (membrane semipermeabili).

Le biomembrane sono costituite da due strati fosfolipidici permeabili ai gas come l'ossigeno o l'anidride carbonica, nonché alle sostanze liposolubili e non polari. Queste sostanze possono passare attraverso le membrane tramite la normale diffusione. Non è consentito il passaggio di molecole polari e idrofile. Possono essere trasportati solo attraverso la membrana tramite processi di trasporto passivi o attivi.

Le membrane proteggono lo spazio interno-cellulare e lo spazio all'interno degli organelli cellulari. Garantiscono il mantenimento di condizioni chimiche e fisiche speciali per importanti reazioni biochimiche senza interferenze esterne.

La permeabilità delle membrane garantisce il trasporto selettivo delle sostanze vitali dallo spazio extracellulare nella cellula e la rimozione dei prodotti metabolici dalla cellula. Lo stesso vale per i singoli organelli cellulari.

Funzione e compito

Le membrane sono assolutamente necessarie per il processo indisturbato delle reazioni biochimiche vitali all'interno delle cellule e degli organelli cellulari. La permeabilità della membrana è altrettanto vitale per poter fornire alle cellule importanti nutrienti come proteine, carboidrati o grassi. Anche i minerali, le vitamine e altri principi attivi devono poter passare attraverso la membrana. Allo stesso tempo, vengono creati prodotti metabolici che devono essere smaltiti dalla cellula.

Tuttavia, le membrane sono permeabili solo alle molecole lipofile e alle piccole molecole di gas come l'ossigeno o l'anidride carbonica. Le molecole polari, idrofile o di grandi dimensioni possono essere trasportate solo attraverso la membrana utilizzando processi di trasporto. Ci sono opzioni passive e attive per il trasporto della membrana per questo.

Il trasporto passivo funziona senza fornire energia nella direzione di un potenziale o gradiente di concentrazione. Le molecole lipofile più piccole o le molecole di gas sono soggette alla normale diffusione. La normale diffusione non è più possibile con molecole più grandi. Alcune proteine ​​di trasporto o proteine ​​di canale possono facilitare il trasporto qui. Le proteine ​​di trasporto attraversano la membrana come un tunnel. Le molecole polari più piccole possono essere fatte passare attraverso questo tunnel tramite l'azione degli amminoacidi polari. Ciò consente anche il trasporto di piccoli ioni caricati attraverso il tunnel.

Un'altra opzione di trasporto passivo deriva dall'azione delle proteine ​​trasportatrici specializzate in determinate molecole. Quando la molecola si aggancia, cambia la sua conformazione e la trasporta attraverso la membrana.

In caso di trasporto attivo a membrana, è necessaria la fornitura di energia. La molecola corrispondente viene trasportata contro un gradiente di concentrazione o un gradiente elettrico. I processi di fornitura di energia derivano dall'idrolisi dell'ATP, dall'accumulo di un gradiente di carica sotto forma di un campo elettrico o dall'aumento dell'entropia mediante la costruzione di un gradiente di concentrazione.

L'endocitosi o esocitosi è disponibile per le sostanze che non possono penetrare affatto nella membrana. Nell'endocitosi, l'inaginazione della biomembrana assorbe una goccia di liquido e la trasporta nella cellula. Questo crea un cosiddetto endosoma, che trasporta sostanze importanti nel citoplasma. Durante l'esocitosi, i prodotti di scarto nel citoplasma vengono trasportati verso l'esterno da vescicole di trasporto rivestite di membrana.

Malattie e disturbi

I disturbi nella permeabilità della membrana possono portare a vari stati di malattia. Le modifiche influenzano la permeabilità dei vari ioni. I disturbi della permeabilità della membrana sono spesso il risultato di malattie cardiovascolari. Ciò può influire sull'equilibrio elettrolitico del corpo.

Tuttavia, molte cause ereditarie causano anche disturbi della permeabilità della membrana. Diverse proteine ​​sono coinvolte nella struttura della membrana e sono responsabili del corretto funzionamento del doppio strato lipidico. I cambiamenti genetici in alcune proteine ​​sono responsabili, tra le altre cose, dei cambiamenti nella permeabilità della membrana.

Un esempio è la malattia Miotonia congenita Thomsen. Questa malattia è una malattia genetica della funzione muscolare. Un gene che codifica per i canali del cloruro delle membrane delle fibre muscolari è mutato. La permeabilità degli ioni cloruro è ridotta. Questo porta ad una più facile depolarizzazione delle fibre muscolari rispetto alle persone sane. La tendenza alla contrazione muscolare è aumentata, che si avverte come rigidità. Ad esempio, un pugno chiuso può essere aperto solo con un certo ritardo. Anche gli occhi possono essere aperti solo dopo 30 secondi dalla chiusura, operazione nota come lid-lag.

Esistono anche malattie autoimmuni che prendono di mira specificamente le biomembrane. In questo contesto è nota la cosiddetta sindrome da antifosfolipidi (APS). In questa malattia, il sistema immunitario del corpo è diretto contro le proteine ​​che sono legate ai fosfolipidi della membrana. Il risultato è una maggiore coagulabilità del sangue. La probabilità di attacchi di cuore, ictus ed embolia polmonare è aumentata.

Disturbi nella permeabilità della membrana possono essere trovati anche nella cosiddetta malattia mitocondriale. Nei mitocondri l'energia si ottiene bruciando carboidrati, grassi e proteine. I mitocondri sono organelli cellulari anch'essi circondati da una membrana. Un gran numero di radicali liberi viene prodotto all'interno di queste centrali energetiche. Se questi non vengono catturati, le membrane saranno danneggiate. Ciò limita gravemente la funzione dei mitocondri. Le cause della ridotta efficacia degli spazzini dei radicali, tuttavia, sono diverse.