Membraanpermeabiliteit kenmerkt de permeabiliteit van moleculen door celmembranen. Alle cellen worden door biomembranen afgebakend van de intercellulaire ruimte en bevatten tegelijkertijd celorganellen die zelf omgeven zijn door membranen. De doorlaatbaarheid van membranen is noodzakelijk voor een vlotte doorstroming van biochemische reacties.
Wat is membraanpermeabiliteit?
Membraanpermeabiliteit kenmerkt de permeabiliteit van moleculen door celmembranen. Membraanpermeabiliteit wordt gedefinieerd als de permeabiliteit van biomembranen voor vloeistoffen en opgeloste stoffen. Celmembranen zijn echter niet voor alle stoffen doorlaatbaar. Daarom worden ze ook wel semipermeabele membranen (semipermeabele membranen) genoemd. Biomembranen bestaan uit twee fosfolipidenlagen, die doorlatend zijn voor gassen zoals zuurstof or carbon kooldioxide, evenals in lipiden oplosbare niet-polaire stoffen. Deze stoffen kunnen via normale diffusie door de membranen gaan. Polair en hydrofiel moleculen mogen er niet doorheen. Ze kunnen alleen door het membraan worden getransporteerd door passieve of actieve transportprocessen. Membranen beschermen de intracellulaire ruimte en de ruimte binnen celorganellen. Ze zorgen voor het behoud van specifieke chemische en fysische omstandigheden voor belangrijke biochemische reacties zonder inmenging van buitenaf. De permeabiliteit van membranen zorgt voor het selectief transport van vitale stoffen vanuit de extracellulaire ruimte naar de cel en de uitdrijving van stofwisselingsproducten uit de cel. Hetzelfde geldt voor individuele celorganellen.
Functie en taak
Membranen zijn noodzakelijk voor de ongestoorde voortgang van vitale biochemische reacties in cellen en celorganellen. Membraandoorlaatbaarheid is even belangrijk om cellen van belangrijke voedingsstoffen te voorzien, zoals eiwitten, koolhydraten of vetten. mineralen, vitaminen en andere actieve stoffen moeten ook door het membraan kunnen. Tegelijkertijd worden stofwisselingsproducten geproduceerd die uit de cel moeten worden afgevoerd. Membranen zijn echter alleen permeabel voor lipofiele moleculen en kleine gasmoleculen zoals zuurstof or carbon dioxide. Polaire hydrofiele of zelfs grote moleculen kunnen alleen via transportprocessen het membraan passeren. Hiervoor zijn er passieve en actieve manieren van membraantransport. Passief transport werkt zonder energie te leveren in de richting van een potentieel of concentratie verloop. Kleinere lipofiele moleculen of gasmoleculen zijn onderhevig aan normale diffusie. Voor grotere moleculen is normale diffusie niet meer mogelijk. Hier, zeker vervoer eiwitten of kanaaleiwitten kunnen transport vergemakkelijken. Het transport eiwitten overspannen het membraan als een tunnel. Kleinere polaire moleculen kunnen door deze tunnel worden geleid via de werking van polair aminozuren Hierdoor kunnen ook kleine geladen ionen door de tunnel worden getransporteerd. Een andere passieve transportmogelijkheid vloeit voort uit de werking van dragereiwitten die gespecialiseerd zijn voor bepaalde moleculen. Dus wanneer het molecuul aanmeert, veranderen ze hun conformatie en transporteren ze het dus over het membraan. Actief membraantransport vereist de toevoer van energie. Het corresponderende molecuul wordt getransporteerd tegen een concentratie gradiënt of elektrische gradiënt. Energieleverende processen zijn het resultaat van de hydrolyse van ATP, de opbouw van een ladingsgradiënt in de vorm van een elektrisch veld of de toename van entropie door het opbouwen van een concentratie verloop. Voor stoffen die helemaal niet door het membraan kunnen dringen, is endocytose of exocytose beschikbaar. Bij endocytose wordt een druppel vloeistof opgenomen via de bezwering van het biomembraan en getransporteerd naar de cel. Hierdoor ontstaat een zogenaamd endosoom, dat belangrijke stoffen naar het cytoplasma transporteert. Tijdens exocytose worden afvalproducten in het cytoplasma naar buiten afgevoerd door met membraan omhulde transportblaasjes.
Ziekten en aandoeningen
Stoornissen van de membraanpermeabiliteit kunnen dat wel leiden aan verschillende ziektetoestanden. De veranderingen hebben invloed op de doorlaatbaarheid van verschillende ionen. Stoornissen van de membraandoorlaatbaarheid zijn ook vaak het gevolg van hart- en vaatziekten. In dit geval de elektrolyt evenwicht van het lichaam kan worden aangetast. Veel erfelijke oorzaken veroorzaken echter ook membraanpermeabiliteitsstoornissen. Diverse eiwitten zijn betrokken bij de opbouw van het membraan en zijn verantwoordelijk voor de juiste werking van de dubbele lipidelaag. Genetische veranderingen van bepaalde eiwitten zijn onder meer verantwoordelijk voor veranderingen in membraanpermeabiliteit. Een voorbeeld is de ziekte myotonia congenita Thomsen. Deze ziekte is een genetisch bepaalde aandoening van de spierfunctie. In dit geval een gen is gemuteerd dat codeert voor de chloride kanalen van spiervezel membranen. De doorlaatbaarheid van de chloride ionen wordt verminderd. Dit resulteert in gemakkelijker spiervezel depolarisatie dan bij gezonde individuen. De neiging tot spiercontractie is toegenomen, wat wordt ervaren als stijfheid. Een gesloten vuist kan bijvoorbeeld alleen met een bepaalde vertraging worden geopend. Ook kunnen de ogen pas na 30 seconden na het sluiten worden geopend, dat heet ooglid-vertraging. Verder zijn er autoimmuunziekten die specifiek gericht zijn tegen biomembranen. In deze context is het zogenaamde antifosfolipidensyndroom (APS) bekend. Bij deze ziekte, die van het lichaam immuunsysteem is gericht tegen eiwitten die zijn gebonden aan de fosfolipiden van het membraan. Als gevolg hiervan is het bloed wordt meer coaguleerbaar. De waarschijnlijkheid van hart- aanvallen, beroertes en longembolieën is toegenomen. Stoornissen van de membraanpermeabiliteit worden ook aangetroffen bij de zogenaamde mitochondriopathieën. In de mitochondriawordt energie verkregen uit de verbranding van koolhydraten, vetten en eiwitten. mitochondriën zijn celorganellen die ook zijn omgeven door een membraan. Binnen deze energiecentrales worden in hoge mate vrije radicalen geproduceerd. Als deze niet worden opgevangen, treedt beschadiging van de membranen op. Dit beperkt de functie van de mitochondria Er zijn echter veel redenen voor de verminderde effectiviteit van radicale aaseters.
