Was bedeutet selektive Permeabilität? Beispiele

Selektive Permeabilität ist die Fähigkeit einiger Membranen, nur bestimmte gelöste Stoffe von einer Seite zur anderen passieren zu lassen. Das heißt, es bezieht sich auf die Fähigkeit, die es verleiht, die gelösten Stoffe auszuwählen oder auszuwählen, die passieren können, und diejenigen, die dies nicht können, wodurch der Transport von Molekülen und Ionen durch die Membran reguliert wird.

Eine Membran mit selektiver Durchlässigkeit wirkt wie der Torwächter eines exklusiven Clubs, der sorgfältig überwacht, wer hereinkommt und wer nicht, um sicherzustellen, dass nur die richtigen Leute drin sind. Darüber hinaus ist es auch dafür verantwortlich, die Moleküle zu entfernen, die herauskommen müssen. Diese Art des Transports kann entweder passiv (entlang des Konzentrationsgradienten und ohne Energieaufwand) oder aktiv (entgegen dem Konzentrationsgradienten und durch ATP- oder GTP-Hydrolyse) erfolgen.

Selektiv durchlässige gegenüber semipermeablen Membranen

Ein verwandter Begriff, der oft stark mit selektiver Permeabilität verwechselt wird, ist Semipermeabilität . Tatsächlich verwenden viele Biologen und Gesundheitswissenschaftler sowie in Biologie- und Medizintexten beide Begriffe, als ob sie gleich wären, obwohl dies nicht ganz zutrifft.

Semipermeable Membranen sind solche, die den Durchgang von gelösten Stoffen aufgrund von Eigenschaften wie ihrer Größe, ihrer Polarität und ihrer elektrischen Ladung einschränken. In diesem Sinne lässt eine semipermeable Membran, die einen neutralen gelösten Stoff einer bestimmten Größe passieren lässt, alle neutralen gelösten Stoffe dieser Größe oder solche, die kleiner sind, passieren, aber sie lässt größere neutrale Moleküle nicht passieren.

Dies ist das Funktionsprinzip der semipermeablen Membranen, die zur Meerwasserentsalzung durch Umkehrosmose eingesetzt werden . Dies sind polymere synthetische Membranen mit sehr kleinen Poren, die nur Wassermoleküle und nicht gelöste Ionen oder andere größere neutrale gelöste Stoffe passieren lassen.

Andererseits könnte eine Membran, die selektiv durchlässig ist, für ein Molekül wie Glukose durchlässig sein, aber nicht für ein anderes, noch kleineres Kohlenhydrat. Denn bei der selektiven Permeabilität ist diese Selektivität viel spezifischer als bei der Semipermeabilität.

Vielleicht liegt die Verwirrung oder der Grund, warum Biologen beide Begriffe oft synonym verwenden, darin, dass die Zellmembran wiederum eines der bekanntesten Beispiele für semipermeable Membranen und selektiv permeable Membranen ist. Tatsächlich gehen Semipermeabilität und selektive Permeabilität in der Zelle fast immer Hand in Hand und arbeiten zusammen, um den Transport in die und aus der Zelle zu kontrollieren und so das komplexe Gleichgewicht aufrechtzuerhalten, das jede Zelle am Leben und effizient hält.

Selektivitätsmechanismen

Ein grundlegender Unterschied zwischen Selektivität und Semipermeabilität ist der Mechanismus, durch den Partikel von einer Seite der Membran auf die andere gelangen können oder nicht. Bei semipermeablen Membranen sind Osmose und einfache Diffusion die Haupttransportmechanismen. Osmose tritt auf, wenn Wassermoleküle die Membran durch Poren durchqueren, die von Proteinen gebildet werden, die als Aquaporine bezeichnet werden, und sich von dem Kompartiment, das verdünnter ist, in das Kompartiment bewegen, das stärker an gelösten Stoffen konzentriert ist.

Andererseits wird die Membran durch eine Phospholipid-Doppelschicht mit hydrophilen Phosphatgruppen gebildet, die auf beiden Seiten der Membran exponiert sind, während die hydrophoben Schwänze von Fettsäuren in der Mitte konzentriert sind. Dies verhindert, dass polare gelöste Stoffe und Ionen die Membran passieren, aber kleine unpolare gelöste Stoffe wie Sauerstoff und Kohlendioxid können ungehindert von einer Seite zur anderen diffundieren.

Stattdessen wird die Selektivität von Membranen in Bezug auf den Durchgang von gelösten Stoffen fast immer durch ein oder mehrere Membranproteine ​​vermittelt. Selektive Permeabilität beinhaltet entweder erleichterte Diffusion oder aktiven Transport .

erleichterte Diffusion

Erleichterte Diffusion ist eine Art passiver Transport, der durch Trägerproteine ​​vermittelt wird . In einem typischen Fall binden diese Proteine ​​an den gelösten Stoff (oder das Substrat) auf einer Seite der Membran. Wenn der gelöste Stoff bindet, ändert das Protein seine Konformation, drückt den gelösten Stoff durch die Membran und setzt ihn auf der anderen Seite frei.

Beispiel für selektive Permeabilität durch erleichterte Diffusion

• Das klassische Beispiel für diese Art von Glukosetransportmechanismus wird durch eine Familie von Proteinen vermittelt, die als Glukosetransporter bezeichnet werden (es ist leicht zu merken). Es gibt eine ganze Familie von Transportproteinen namens SLC2, die für den selektiven Transport bestimmter Kohlenhydrate, anorganischer Kationen und Anionen sowie anderer gelöster Stoffe verantwortlich sind.

Aktiver Transport durch die Membran

Im Falle des aktiven Transports bezieht sich dies auf den Transport von gelösten Stoffen durch die Membran gegen ihren Konzentrationsgradienten. Gegen diesen Gradienten muss Energie zugeführt werden, damit der Prozess stattfinden kann, weshalb er als „aktiver“ Transport bezeichnet wird.

Es gibt zwei Haupttypen des aktiven Transports, nämlich den primären aktiven Transport (wenn ein als Pumpe bezeichnetes Enzym einen gelösten Stoff direkt gegen seinen Gradienten transportiert) und den sekundären aktiven Transport (bei dem eine Pumpe einen anderen gelösten Stoff gegen seinen Gradienten transportiert und dieser Gradient dann die Energie, um einen zweiten gelösten Stoff gegen seinen Gradienten zu transportieren, während sich der erste seinen Gradienten hinunterbewegt.)

Beispiele selektiver Permeabilität durch aktiven Transport

• Als Beispiel für primären aktiven Transport können wir die Natrium/ Kalium- Pumpe nennen, die die in einem ATP-Molekül enthaltene Energie nutzt, um gleichzeitig drei Natrium-Ionen aus der Zelle heraus und 2 Kalium-Ionen hinein zu transportieren, jeweils gegeneinander Konzentrationsgradienten.
• Ein weiteres Beispiel für aktiven Transport ist die Protonenpumpe in der inneren Mitochondrienmembran. In diesem speziellen Fall kommt die Energie, die benötigt wird, um die Protonen gegen ihren Konzentrationsgradienten zu bewegen, aus den Redoxreaktionen der aeroben Atmungskette . Diese Art des Transports macht die innere Membran der Mitochondrien zu einer selektiv durchlässigen Membran.
• Als ein Beispiel für sekundären aktiven Transport ist schließlich die selektive Permeabilität der Membran für Calciumionen, vermittelt durch den Antiporter Natriumcalcium, zu nennen. Dieser Antiporter nutzt den von der Natrium-Kalium-Pumpe erzeugten Natriumkonzentrationsgradienten, um ein Calciumion aus der Zelle zu pumpen, während 3 Natriumionen in sie eintreten.

Verweise

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