Bij membraantransport passeren stoffen een biologisch membraan of worden ze actief door membranen getransporteerd. In tegenstelling tot actief transport is diffusie de eenvoudigste membraantransportroute en vereist geen extra energievoorziening. Stoornissen van membraantransport worden in verband gebracht met een verscheidenheid aan verschillende ziekten.
Wat is membraantransport?
Membraantransport is wanneer stoffen door een biologisch membraan gaan of actief worden getransporteerd. Biomembranen omsluiten gebieden zoals het cytoplasma van cellen, waardoor een gecontroleerd gebied ontstaat met een relatief onafhankelijke omgeving naar de buitenwereld. Het specifieke cellulaire milieu in cellen kan alleen worden vastgesteld en gehandhaafd vanwege de afscherming tegen de buitenwereld. De dubbellaag van een biomembraan bestaat uit fosfolipiden en is op zichzelf alleen doorlaatbaar voor gassen en klein, in de meeste gevallen ongeladen moleculen Voor hydrofiele polaire ionen en andere bioactieve stoffen komt de lipidedubbellaag overeen met een barrière die aanvullende transportmechanismen vereist om te overwinnen. Membraantransport komt overeen met de passage van stoffen door een biomembraan. Hierbij spelen twee verschillende principes een rol. Het eerste principe is diffusie of vrije permeatie, het tweede is selectief massa vervoer. Naast eenvoudige diffusie, functionele principes zoals passief transport per kanaal eiwitten of dragereiwitten en actief transport maken deel uit van transmembraantransport. Transport van membraantranslocaties omvat op zijn beurt endocytose, exocytose en transcytose. Omdat membraandelen zelf worden verplaatst tijdens membraanverplaatsend transport, wordt dit ook wel membraanflux genoemd. Membraantransport ondersteunt cellulaire functies en celcommunicatie met de omgeving. Selectief massa overdracht wordt mogelijk gemaakt door transportmechanismen.
Functie en taak
De lipidedubbellaag of bimoleculaire lipidelaag van een biomembraan komt overeen met een barrière tussen waterige compartimenten in de vorm van de extraplasmische en cytoplasmatische ruimte. Tussen de compartimenten, alleen klein moleculen kan diffunderen door een biomembraan, zoals azijnzuur in aanvulling op water Voor grotere moleculenis de diffusiesnelheid relatief laag. De permeabiliteit van membranen voor kleine moleculen wordt ook wel semi-permeabiliteit genoemd en vormt de basis van osmose. Volgens de huidige aannames is elk biomembraan een vloeistofstructuur met voorbijgaande onregelmatigheden in de lipidedubbellaag. Moleculen met hydrofobe eigenschappen lossen op door het hydrofobe membraangebied vanwege hun verdelingscoëfficiënt. Zelfs grotere deeltjes zoals steroïden hormonen kan door diffusie door membranen gaan. Specifieke moleculen maken daarentegen gebruik van specifiek membraantransport. De transportroute is gekoppeld aan integraal membraantransport eiwitten bekend als translocators. Specifiek transport is substraatspecifiek en verzadigbaar. Translocators in deze transportroute omvatten dragers die zijn geladen met het substraat en een conformatieverandering in het membraan kunnen induceren om hun lading te introduceren. Vanwege de relatief hoge transportsnelheden is er in elk membraan een permanent transportkanaal aanwezig. Het integrale membraan eiwitten met rollen in membraantransport komen meestal overeen met oligomere structuren. Bij specifiek transport is gekatalyseerde diffusie zonder bijkomend energieverbruik of actief transport onder energieverbruik aanwezig. Gekatalyseerde diffusie en actief transport bieden de mogelijkheid om slechts een enkel deeltje unidirectioneel te transporteren, twee deeltjes samen in dezelfde richting of in tegengestelde richtingen. Gekatalyseerde diffusie door membraantransporteiwitten volgt alleen de concentratie evenwicht langs het heden concentratie gradiënt van stoffen tussen de twee compartimenten van de cel. Actief transport vindt altijd plaats tegen de concentratie verloop. Poriën van het buitenste biomembraan dienen voor de niet-specifieke doorgang van hydrofiele deeltjes. Het eigenlijke transportkanaal van een biomembraan bestaat uit β-vellen. Membraantransport is onvervangbaar voor alle lichaamsfuncties en weefsels van het lichaam, zoals de zenuwstelsel en zijn spanningsafhankelijke ionenkanalen.
Ziekten en aandoeningen
Verstoring van membraantransportsystemen kan ernstige cellulaire schade en zelfs orgaanfalen veroorzaken. In de darm of nieren leiden aandoeningen van het membraantransport tot bijvoorbeeld resorptie- en secretiestoornissen. Mitochondriopathieën, bijvoorbeeld leiden op membraantransportstoornissen. In dit geval wordt het enzymsysteem dat energieproductie mogelijk maakt door middel van oxidatieve fosforylering aangetast. Stoornissen van ATP-synthase zijn in deze context bijzonder opmerkelijk. Dit enzym is een van de belangrijkste transmembraaneiwitten, dat bijvoorbeeld de functie van transportenzym binnen de protonpomp op zich neemt. In het gezonde lichaam katalyseert het enzym de levering van ATP en maakt het door energie begunstigde protonentransport langs de protongradiënt onder ATP-vorming mogelijk. ATP-synthase is daarom een van de belangrijkste energieomzetters in het menselijk organisme en zet de ene vorm van energie om in een andere. Mitochondriopathieën zijn nu storingen in mitochondriale metabolische processen die een verminderde toevoer van ATP-synthese veroorzaken en zo de prestaties van het lichaam verminderen. Bovendien zijn alle transporteiwitten en enzymen kan uiteindelijk worden beïnvloed door mutaties of transcriptiedefecten. Mutaties in het genetisch materiaal van transporteiwitten zorgen ervoor dat de aangetaste eiwitten in een gemodificeerde vorm aanwezig zijn, waardoor ze actief worden massa vervoer moeilijker. Dit fenomeen is bijvoorbeeld relevant voor sommige ziekten van de dunne darm Op hun beurt kunnen verstoringen in membraanflux in verband worden gebracht met een breed scala aan ziekten. Endocytose wordt bijvoorbeeld vaak belemmerd bij tumoren. Infecties of neurogeneratieve ziekten kunnen ook in dit opzicht verstoringen veroorzaken. Neuropathieën met verminderde loopvaardigheid en verminderde zenuwgeleidingssnelheid evenals sensorische stoornissen zijn een voorbeeld van neurodegeneratieve klachten als gevolg van een verminderde membraanstroom. Ook mutatiegerelateerd de ziekte van Huntington verstoort neurogeen de membraanflux. In aanvulling op, neurotransmitter exocytose kan worden aangetast als gevolg van toxines. Verminderde exocytose ligt ook ten grondslag aan stofwisselingsziekten zoals taaislijmziekte Aandoeningen van pinocytose worden nu ook in verband gebracht met ziekten zoals Alzheimer ziekte. Stoornissen in het membraantransport kunnen niet alleen veel verschillende oorzaken hebben, maar uiteindelijk ook leiden evenzeer voor veel verschillende symptomen en een grote verscheidenheid aan ziekten.
