Membraanitranspordis läbivad ained läbi bioloogilise membraani või transporditakse aktiivselt läbi membraanide. Erinevalt aktiivsest transpordist on difusioon kõige lihtsam membraanitransport ja see ei vaja täiendavat energiaga varustamist. Membraanitranspordi häired on seotud paljude erinevate haigustega.
Mis on membraanitransport?
Membraanitransport on siis, kui ained läbivad bioloogilist membraani või neid aktiivselt üle kantakse. Biomembraanid ümbritsevad sellist piirkonda nagu rakkude tsütoplasma, tekitades välismaailmale suhteliselt iseseisva keskkonnaga kontrollitud piirkonna. Spetsiifilist rakumiljööd rakkude sees saab luua ja säilitada ainult välismaailma eest varjestamise tõttu. Biomembraani kahekihiline koosneb fosfolipiidid ja on iseenesest ainult gaase läbilaskev ja väike, enamasti laadimata molekulid. Hüdrofiilsete polaarsete ioonide ja muude bioaktiivsete ainete korral vastab kahekihiline lipiidikiht barjäärile, mille ületamiseks on vaja täiendavaid transpordimehhanisme. Membraanitransport vastab ainete läbipääsule läbi biomembraani. Selles mängib rolli kaks erinevat põhimõtet. Esimene põhimõte on difusioon või vaba läbitungimine, teine on valikuline mass transport. Lisaks lihtsale difusioonile ka sellised funktsionaalsed põhimõtted nagu passiivne transport kanalite kaudu valgud või kandjavalgud ja aktiivne transport on osa transmembraansest transpordist. Transpordi membraani translokatsioon hõlmab omakorda endotsütoosi, eksotsütoosi ja transtsütoosi. Kuna membraani osad ise nihkuvad membraani nihutava transpordi ajal, nimetatakse seda mõnikord ka membraani vooks. Membraanitransport toetab raku funktsioone ja rakkude suhtlust keskkonnaga. Valikuline mass ülekande võimaldavad transpordimehhanismid.
Funktsioon ja ülesanne
Biomembraani kahekihiline või bimolekulaarne lipiidikiht vastab veepõhiste sektsioonide vahelisele barjäärile ekstraplasma ja tsütoplasma ruumi kujul. Lahtrite vahel ainult väikesed molekulid võivad hajuda läbi biomembraani, näiteks äädikhape lisaks vesi. Suurema jaoks molekulid, on difusioonikiirus suhteliselt madal. Membraanide läbilaskvust väikeste molekulide puhul nimetatakse ka poolläbilaskvuseks ja see moodustab osmoosi aluse. Praeguste eelduste kohaselt on mis tahes biomembraan vedeliku struktuur, millel on mööduvad ebakorrapärasused lipiidide kahekihis. Hüdrofoobse omadusega molekulid lahustuvad hüdrofoobse membraani piirkonna kaudu nende jaotuskoefitsiendi tõttu. Isegi suuremad osakesed nagu steroid hormoonid võib difusiooni teel läbida membraane. Konkreetsed molekulid seevastu kasutavad spetsiifilist membraanitransporti. Transporditee on ühendatud tervikliku membraanitranspordiga valgud tuntud kui translokaatorid. Spetsiifiline transport on substraadispetsiifiline ja küllastatav. Selle transpordiraja translokaatorid hõlmavad kandjaid, mis on koormatud substraadiga ja võivad oma lasti sissetoomiseks põhjustada membraani konformatsioonilisi muutusi. Transpordi suhteliselt kõrge määra tõttu on igas membraanis püsiv transpordikanal. Integraalne membraan valgud rollidega membraanitranspordis vastavad tavaliselt oligomeersetele struktuuridele. Spetsiifilises transpordis on katalüüsitud difusioon ilma täiendava energiatarbimiseta või aktiivne transport energiatarbimise all. Katalüüsitud difusioon ja aktiivne transport pakuvad võimalust transportida ühesuunaliselt ainult ühte osakest, kahte osakest koos ühes või vastassuunas. Katalüüsitud difusioon membraanitransportvalkude abil järgib ainult kontsentratsioon tasakaal mööda olevikku kontsentratsioon ainete gradiend raku kahe sektsiooni vahel. Aktiivne transport toimub alati kontsentratsioon gradient. Välise biomembraani poorid teenivad hüdrofiilsete osakeste mittespetsiifilist läbipääsu. Biomembraani tegelik transpordikanal koosneb β-lehtedest. Membraanitransport on asendamatu kõigi keha funktsioonide ja keha kudede jaoks, näiteks närvisüsteem ja selle pingega seotud ioonkanalid.
Haigused ja häired
Membraanitranspordisüsteemide katkemine võib põhjustada tõsiseid rakukahjustusi ja isegi elundipuudulikkust. Sooles või neerudes põhjustavad membraanitranspordi häired näiteks resorptsiooni ja sekretsiooni häireid. Näiteks mitokondriopaatiad viima membraanitranspordi häireteni. Sel juhul mõjutab see ensüümsüsteemi, mis võimaldab energiat toota oksüdatiivse fosforüülimise teel. ATP süntaasi häired on selles kontekstis eriti tähelepanuväärsed. See ensüüm on üks olulisemaid transmembraanseid valke, mis näiteks võtab prootonpumba sees transpordiensüümi funktsiooni. Terves kehas katalüüsib ensüüm ATP-d ja võimaldab energiasoodustatud prootonitransporti mööda prootonigradienti ATP moodustumise ajal. ATP süntaas on seetõttu inimorganismi üks olulisemaid energiamuundureid, mis muudab ühe energiavormi teiseks. Mitokondriopaatiad on nüüd mitokondrite ainevahetusprotsesside talitlushäired, mis põhjustavad ATP sünteesi vähenemist ja vähendavad seeläbi keha jõudlust. Lisaks kõik transportervalgud ja ensüümide võivad lõppkokkuvõttes olla mõjutatud mutatsioonidest või transkriptsioonivigadest. Transportervalkude geneetilise materjali mutatsioonid põhjustavad mõjutatud valkude esinemist modifitseeritud kujul, muutes need aktiivseks mass transport raskem. See nähtus on asjakohane näiteks mõnede haiguste puhul peensoolde. Omakorda võib membraani voo häireid seostada väga paljude haigustega. Näiteks on kasvajate korral endotsütoos takistatud. Infektsioonid või neurogeneratiivsed haigused võivad samuti selles osas häireid põhjustada. Neuropaatiad, millel on häiritud kõndimisvõime ja vähenenud närvijuhtimiskiirus, samuti sensoorsed häired, on näide neurodegeneratiivsetest kaebustest, mis on tingitud membraani vooluhäiretest. Samuti mutatsiooniga seotud Huntingtoni tõbi häirib neurogeenselt membraani voogu. Lisaks, neurotransmitter toksiinide tõttu võib eksotsütoos olla häiritud. Eksotsütoosi rikkumine on aluseks ka ainevahetushaigustele, näiteks tsüstiline fibroos. Pinotsütoosi häired on nüüd seotud ka selliste haigustega nagu Alzheimeri haigus. Membraanitranspordi häiretel võib olla mitte ainult palju erinevaid põhjuseid, vaid lõppkokkuvõttes viima võrdselt paljude erinevate sümptomite ja mitmesuguste haigustega.
