Passiv masstransport

Av passiv masstransport är diffusion av substrat genom ett biomembran. Denna diffusion sker längs koncentrationsgradienten och kräver ingen energi. Diffusionsprocessen kan till exempel störas i tarmen hos HIV-patienter.

Vad är passiv masstransport?

Celler eller cellbildningar separeras från varandra i kroppen med ett biomembran. Tack vare de specialiserade strukturerna möjliggör detta flexibla separationsskikt transport av specifika molekyler och information in och ut från cellen inuti.

Det finns två grundläggande sätt att transportera ämnen in och ut ur membranet. Membran har en selektiv permeabilitet. De tillåter vissa ämnen att diffundera medan de fungerar som en barriär för andra.

Den aktiva transporten av ämnen innebär att membran kan öppnas på ett riktat sätt för molekyler för vilka de faktiskt inte är permeabla på grund av deras laddning, koncentration eller storlek. Aktiv transport sker alltid med användning av energi. En åtskillnad måste göras mellan detta och typen av masstransport av passiv transport. Ingen energi krävs i denna form av materialrörelse genom ett cellmembran. Passiv transport ska likställas med diffusionsprocesser som sker längs koncentrationsgradienten och ger en koncentrationsbalans mellan membranets två sidor.

Funktion & uppgift

I en cell eller ett cellfack finns det en viss kemisk och laddningsrelaterad miljö som är nödvändig för att cellen ska fungera. Denna miljö bibehålls endast av egenskaperna hos biomembranet och den selektiva permeabiliteten. Den passiva och aktiva substanstransporten förser cellen eller cellutrymmet i exakt rätt mängd exakt de ämnen som krävs för en gynnsam miljö.

Det finns två olika typer av passiv transport. Den enkla diffusionen påverkar lipidlösliga molekyler och sker i extremt långsam takt. De diffunderar fritt genom cellmembranet. Denna form av passiv transport är den med minsta ansträngning. Den andra typen av passiv diffusion underlättas diffusion, som i sin tur kan delas upp i två underformer. En av dessa underformer är bärarmedierad underlättad diffusion. Med denna form av passiv massöverföring plockar membranet upp underlaget med hjälp av en så kallad bärare. Bäraren är ett protein som identifierar ämnet som substratet binder till. Eftersom enkel diffusion sker långsamt, hjälper bäraren att transportera ämnet genom biomembranet. Antalet alla bärarmolekyler är begränsat.

Av denna anledning är transporten genom en bärarmolekyl utsatt för mättnadskinetik. Passiv transport av ämnen med bärarmolekyler kan också utsättas för konkurrenshämning. När en bärarmolekyl ansluts till dess underlag, ändrar den sin konformation och omarrangerar därefter. Som ett resultat transporteras substratmolekylen genom biomembranet och släpps endast igen på motsatt sida.

Vissa bärare kan bara bära en molekyl åt gången och därmed ha en uniport. Andra bärare har bindningsställen för två olika molekylsubstrat och ändrar endast konformationen när båda bindningsställena är upptagna. De två molekylerna symporteras antingen i samma riktning eller antiporteras i motsatta riktningar. Det finns inget beroende av den elektriska lutningen.

Den andra typen av underlättad diffusion är genom porer och kanaler. Denna transportform påverkar särskilt aminosyror. Under jontransport absorberas till exempel aminosyrans substrat i cellmembranet genom porerna. Kanalerna bildas av proteiner. Det finns speciella bindningsställen på dessa proteininnehållande kanaler. Den underlättade diffusionen genom porer och kanaler är en selektiv materialtransport som kan påverkas elektriskt och kemiskt.

Nästan alla kanaler öppnas bara som svar på vissa signaler. En ligandstyrd kanal reagerar till exempel bara på ett budbärarämne såsom ett hormon. Vissa kanaler är spänningsstyrda och öppna för diffusion med en förändring i membranpotential. Efter koncentrationsutjämningen stängs kanalerna igen.

Sjukdomar och sjukdomar

Om membranpermeabiliteten och därmed också den passiva masstransporten störs, regleras inte längre permeabiliteten för olika joner idealiskt. Sådana membranpermeabilitetsstörningar utvecklas ofta från hjärt-kärlsjukdomar och ibland försämrar elektrolytbalansen.

Ibland är membranpermeabilitetsstörningar också ärftliga. Olika proteiner bygger upp biomembranet och ger det ett selektivt permeabelt dubbelt lipidskikt. När de involverade proteinerna ändras förändras också membranpermeabiliteten. Detta fenomen förekommer till exempel i Myotonia congenita Thomsen. Denna genetiska störning av muskelfunktion får en gen att muteras vilket är ansvarigt för att koda de enskilda kloridkanalerna i muskelfibermembranen. På grund av mutationen reduceras permeabiliteten för kloridjoner och orsakar således muskelstyvhet.

Autoimmuna sjukdomar kan också riktas mot biomembranet, till exempel antifosfolipidsyndromet. Immunsystemet attackerar de fosfolipidbundna proteinerna i membranet som en del av sjukdomen. Den ökade tendensen för blod att koagulera ökar också risken för hjärtattacker och stroke.

Mitokondriella sjukdomar ändrar också membranens permeabilitet. Mitokondrierna är kroppens egna energikraftverk som frigör fria radikaler när de genererar energi. Dessa ämnen avlyssnas hos friska människor. Denna process misslyckas hos patienter med mitokondiopati, vilket skadar membranen och reducerar mitokondriernas förmåga att producera energi kraftigt.

Den passiva och aktiva transporten av ämnen genom membranen i tunntarmen påverkas särskilt av störningar såsom HIV-enteropati. Detta fenomen drabbar särskilt HIV-patienter med kronisk diarré och kan associeras med minskad aktivitet av de interstinala enzymerna.