Membraani läbilaskvus iseloomustab molekulid läbi rakumembraanide. Kõik rakud on biomembraanide abil piiritletud rakkudevahelisest ruumist ja sisaldavad samaaegselt rakuorganelle, mis on ise membraanidega ümbritsetud. Membraanide läbilaskvus on vajalik biokeemiliste reaktsioonide sujuvaks voolamiseks.
Mis on membraani läbilaskvus?
Membraani läbilaskvus iseloomustab molekulid läbi rakumembraanide. Membraani läbilaskvust määratletakse kui biomembraanide läbilaskvust vedelike ja lahustunud ainete suhtes. Rakumembraanid ei ole aga kõiki aineid läbilaskvad. Seetõttu nimetatakse neid ka poolläbilaskvateks membraanideks (poolläbilaskvad membraanid). Biomembraanid koosnevad kahest fosfolipiidikihist, mis on läbilaskvad sellistele gaasidele nagu hapnik or süsinik dioksiid, samuti lipiidides lahustuvad mittepolaarsed ained. Need ained läbivad membraane normaalse difusiooni teel. Polaarne ja hüdrofiilne molekulid pole lubatud läbida. Membraani kaudu saab neid transportida ainult passiivsete või aktiivsete transpordiprotsesside abil. Membraanid kaitsevad rakusisest ruumi ja rakuorganellides olevat ruumi. Need tagavad oluliste biokeemiliste reaktsioonide kindlate keemiliste ja füüsikaliste tingimuste säilitamise ilma välise sekkumiseta. Membraanide läbilaskvus tagab elutähtsate ainete valikulise transpordi rakuvälisest ruumist rakku ja metaboolsete saaduste väljutamise rakust. Sama kehtib üksikute rakuorganellide kohta.
Funktsioon ja ülesanne
Membraanid on hädavajalikud elutähtsate biokeemiliste reaktsioonide häireteta progresseerumiseks rakkudes ja raku organellides. Membraanide läbilaskvus on rakkude varustamiseks oluliste toitainetega, näiteks valgud, süsivesikuid või rasvad. Mineraalid, vitamiinid ja muud toimeained peavad ka membraanist läbi saama. Samal ajal tekivad ainevahetusproduktid, mis tuleb rakust kõrvaldada. Kuid membraanid on läbilaskvad ainult lipofiilsetele molekulidele ja väikestele gaasimolekulidele nagu hapnik or süsinik dioksiid. Polaarsed hüdrofiilsed või isegi suured molekulid võivad membraani läbida ainult transpordiprotsesside kaudu. Selleks on olemas passiivsed ja aktiivsed membraanitranspordi viisid. Passiivne transport töötab ilma energia tarnimata potentsiaali suunas kontsentratsioon gradient. Väiksemad lipofiilsed molekulid või gaasimolekulid difundeeruvad normaalselt. Suuremate molekulide korral pole normaalne difusioon enam võimalik. Siin kindel transport valgud või kanalivalgud võivad transportimist hõlbustada. Transport valgud sirutama membraani nagu tunnel. Väiksemaid polaarmolekule saab selle tunneli kaudu läbi viia polaarselt aminohapped. See võimaldab ka väikeste laetud ioonide transportimist läbi tunneli. Teine passiivne transpordivõimalus tuleneb teatud molekulidele spetsialiseerunud kandevalkude toimest. Seega, kui molekul dokkib, muudavad nad oma konformatsiooni ja transpordivad selle seeläbi üle membraani. Aktiivne membraanitransport eeldab energiaga varustamist. Vastav molekul transporditakse a vastu kontsentratsioon gradient või elektriline gradient. Energiavarustuse protsessid tulenevad ATP hüdrolüüsist, elektrivälja näol laengu gradiendi moodustumisest või entroopia suurenemisest kontsentratsioon gradient. Ainete puhul, mis ei saa membraani üldse tungida, on saadaval endotsütoos või eksotsütoos. Endotsütoosi korral sisestatakse vedeliku tilk läbi invagineerimine biomembraanist ja transporditakse rakku. Nii tekib nn endosoom, mis transpordib olulisi aineid tsütoplasmasse. Eksotsütoosi ajal viiakse tsütoplasmas olevad jääkained väljapoole membraaniga ümbritsetud transpordipõiekestega.
Haigused ja häired
Membraani läbilaskvuse häired võivad viima erinevatesse haigusseisunditesse. Muudatused mõjutavad erinevate ioonide läbilaskvust. Ka membraani läbilaskvushäired on sageli südame-veresoonkonna haiguste tagajärg. Sel juhul elektrolüüt tasakaal keha kahjustada. Kuid paljud pärilikud põhjused põhjustavad ka membraani läbilaskvushäireid. Membraani kokkupanekus osalevad erinevad valgud ja need vastutavad kahekordse lipiidikihi õige funktsiooni eest. Teatud valkude geneetilised muutused vastutavad muu hulgas membraani läbilaskvuse muutuste eest. Üheks näiteks on haigus myotonia congenita Thomsen. See haigus on lihasfunktsiooni geneetiliselt määratud häire. Sel juhul a geen on muteeritud, mis koodib kloriid kanalid lihaskiud membraanid. Läbilaskvus kloriid ioonid on vähenenud. Selle tulemuseks on lihtsam lihaskiud depolarisatsioon kui tervetel inimestel. Suureneb lihaste kokkutõmbumise kalduvus, mida tajutakse jäikusena. Näiteks saab kinnise rusika avada ainult teatud viivitusega. Silmi saab avada alles 30 sekundi pärast sulgemist, mida nimetatakse silmalau-lag. Lisaks on autoimmuunhaigused mis on spetsiaalselt suunatud biomembraanide vastu. Selles kontekstis on tuntud nn antifosfolipiidide sündroom (APS). Selle haiguse korral on keha oma immuunsüsteemi on suunatud valkudele, mis on seotud fosfolipiidid membraani. Selle tulemusena on veri muutub hüübivamaks. Tõenäosus süda rünnakud, insultid ja kopsuembooliad on suurenenud. Membraani läbilaskvushäireid leidub ka nn mitokondriopaatiates. Aastal mitokondrid, energia saadakse põlemisel süsivesikuid, rasvad ja valgud. mitokondrid on raku organellid, mida ümbritseb ka membraan. Nendes elektrijaamades tekivad vabadel radikaalidel suurel määral. Kui neid ei püüta, tekivad membraanide kahjustused. See piirab tõsiselt mitokondrid. Radikaalsete puhastajate efektiivsuse vähenemisel on aga palju põhjuseid.
