Tabla de Contenidos
Η επιλεκτική διαπερατότητα είναι η ικανότητα ορισμένων μεμβρανών να επιτρέπουν μόνο συγκεκριμένες διαλυμένες ουσίες να περνούν από τη μια πλευρά στην άλλη. Αναφέρεται δηλαδή στην ικανότητα που του παρέχει να επιλέγουμε ή να επιλέγουμε τις διαλυμένες ουσίες που μπορούν να περάσουν και αυτές που δεν μπορούν, ρυθμίζοντας έτσι τη μεταφορά μορίων και ιόντων μέσω της μεμβράνης.
Μια μεμβράνη που εμφανίζει επιλεκτική διαπερατότητα λειτουργεί σαν ο θυρωρός ενός αποκλειστικού κλαμπ, παρακολουθώντας προσεκτικά ποιος μπαίνει και ποιος όχι για να βεβαιωθείτε ότι μόνο οι κατάλληλοι άνθρωποι είναι μέσα. Επιπλέον, είναι επίσης υπεύθυνο για την αφαίρεση εκείνων των μορίων που πρέπει να βγουν. Αυτός ο τύπος μεταφοράς μπορεί να πραγματοποιηθεί είτε παθητικά (κάτω από τη βαθμίδα συγκέντρωσης και χωρίς την ανάγκη ενέργειας) είτε ενεργά (ενάντια στη βαθμίδα συγκέντρωσης και μέσω υδρόλυσης ATP ή GTP).
Επιλεκτικά διαπερατές έναντι ημιπερατών μεμβρανών
Ένας σχετικός όρος που συχνά συγχέεται σε μεγάλο βαθμό με την επιλεκτική διαπερατότητα είναι η ημιπερατότητα . Πράγματι, πολλοί βιολόγοι και επαγγελματίες των επιστημών υγείας, καθώς και κείμενα βιολογίας και ιατρικής, χρησιμοποιούν και τους δύο όρους σαν να ήταν ίδιοι, ενώ αυτό δεν είναι απολύτως αληθές.
Οι ημιπερατές μεμβράνες είναι αυτές που περιορίζουν τη διέλευση των διαλυμένων ουσιών με βάση ιδιότητες όπως το μέγεθός τους, η πολικότητα τους και το ηλεκτρικό τους φορτίο. Υπό αυτή την έννοια, μια ημιπερατή μεμβράνη που επιτρέπει τη διέλευση μιας ουδέτερης διαλυμένης ουσίας συγκεκριμένου μεγέθους θα επιτρέπει τη διέλευση όλων των ουδέτερων διαλυμένων ουσιών αυτού του μεγέθους ή εκείνων που είναι μικρότερες, αλλά δεν θα επιτρέπει τη διέλευση μεγαλύτερων ουδέτερων μορίων.
Αυτή είναι η αρχή λειτουργίας των ημιπερατών μεμβρανών που χρησιμοποιούνται για την αφαλάτωση του θαλασσινού νερού με αντίστροφη όσμωση . Πρόκειται για πολυμερείς συνθετικές μεμβράνες με πολύ μικρούς πόρους που επιτρέπουν μόνο τη διέλευση μορίων νερού και όχι διαλυμένα ιόντα ή άλλες μεγαλύτερες ουδέτερες διαλυμένες ουσίες.
Από την άλλη πλευρά, μια μεμβράνη που είναι επιλεκτικά διαπερατή μπορεί να είναι διαπερατή σε ένα μόριο όπως η γλυκόζη, αλλά όχι διαπερατή σε έναν άλλο, ακόμη μικρότερο υδατάνθρακα. Ο λόγος είναι ότι, στην περίπτωση της επιλεκτικής διαπερατότητας, αυτή η επιλεκτικότητα είναι πολύ πιο συγκεκριμένη από ό,τι στην περίπτωση της ημιπερατότητας.
Ίσως η σύγχυση ή ο λόγος που οι βιολόγοι χρησιμοποιούν συχνά και τους δύο όρους εναλλακτικά είναι επειδή η κυτταρική μεμβράνη είναι με τη σειρά της ένα από τα πιο γνωστά παραδείγματα ημιπερατών μεμβρανών και επιλεκτικά διαπερατών μεμβρανών. Στην πραγματικότητα, στο κύτταρο, η ημιπερατότητα και η επιλεκτική διαπερατότητα σχεδόν πάντα πάνε χέρι-χέρι και συνεργάζονται για να ελέγξουν τη μεταφορά μέσα και έξω από το κύτταρο και έτσι να διατηρήσουν τη σύνθετη ισορροπία που κρατά κάθε κύτταρο ζωντανό και αποτελεσματικό.
Μηχανισμοί επιλεκτικότητας
Μια θεμελιώδης διαφορά μεταξύ επιλεκτικότητας και ημιπερατότητας είναι ο μηχανισμός με τον οποίο τα σωματίδια επιτρέπεται ή δεν επιτρέπεται να περάσουν από τη μια πλευρά της μεμβράνης στην άλλη. Στην περίπτωση των ημιπερατών μεμβρανών, η όσμωση και η απλή διάχυση είναι οι κύριοι μηχανισμοί μεταφοράς. Η όσμωση συμβαίνει όταν τα μόρια του νερού διασχίζουν τη μεμβράνη μέσω πόρων που σχηματίζονται από πρωτεΐνες που ονομάζονται ακουαπορίνες, μετακινώντας από το διαμέρισμα που είναι πιο αραιό σε αυτό που είναι πιο συγκεντρωμένο σε διαλυμένες ουσίες.
Από την άλλη πλευρά, η μεμβράνη σχηματίζεται από μια διπλή στοιβάδα φωσφολιπιδίου με υδρόφιλες φωσφορικές ομάδες εκτεθειμένες και στις δύο πλευρές της μεμβράνης ενώ οι υδρόφοβες ουρές των λιπαρών οξέων συγκεντρώνονται στο κέντρο. Αυτό εμποδίζει τις πολικές διαλυμένες ουσίες και ιόντα να διασχίσουν τη μεμβράνη, αλλά μικρές μη πολικές διαλυμένες ουσίες όπως το οξυγόνο και το διοξείδιο του άνθρακα μπορούν να διαχέονται ελεύθερα από τη μια πλευρά στην άλλη.
Αντίθετα, η εκλεκτικότητα των μεμβρανών σε σχέση με τη διέλευση των διαλυμένων ουσιών μεσολαβείται σχεδόν πάντα από μία ή περισσότερες μεμβρανικές πρωτεΐνες. Η επιλεκτική διαπερατότητα περιλαμβάνει είτε διευκολυνόμενη διάχυση είτε ενεργή μεταφορά .
διευκολυνόμενη διάχυση
Η διευκολυνόμενη διάχυση είναι ένας τύπος παθητικής μεταφοράς που διαμεσολαβείται από πρωτεΐνες-φορείς . Σε μια τυπική περίπτωση, αυτές οι πρωτεΐνες συνδέονται με τη διαλυμένη ουσία (ή το υπόστρωμα) στη μία πλευρά της μεμβράνης. Καθώς η διαλυμένη ουσία δεσμεύεται, η πρωτεΐνη αλλάζει διαμόρφωση, ωθώντας τη διαλυμένη ουσία κατά μήκος της μεμβράνης και απελευθερώνοντας την από την άλλη πλευρά.
Παράδειγμα επιλεκτικής διαπερατότητας με διευκολυνόμενη διάχυση
- Το κλασικό παράδειγμα αυτού του τύπου μηχανισμού μεταφοράς γλυκόζης διαμεσολαβείται από μια οικογένεια πρωτεϊνών που ονομάζονται μεταφορείς γλυκόζης (είναι εύκολο να το θυμάστε). Υπάρχει μια ολόκληρη οικογένεια πρωτεϊνών μεταφορέων που ονομάζονται SLC2 και είναι υπεύθυνες για την επιλεκτική μεταφορά συγκεκριμένων υδατανθράκων, ανόργανων κατιόντων και ανιόντων και άλλων διαλυμένων ουσιών.
Ενεργή μεταφορά μέσω της μεμβράνης
Στην περίπτωση της ενεργού μεταφοράς , αυτό αναφέρεται στη μεταφορά διαλυμένων ουσιών διαμέσου της μεμβράνης έναντι της βαθμίδας συγκέντρωσής τους. Πηγαίνοντας ενάντια σε αυτή την κλίση, πρέπει να παρέχεται ενέργεια για να πραγματοποιηθεί η διαδικασία, γι’ αυτό και ονομάζεται «ενεργή» μεταφορά.
Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι ενεργού μεταφοράς, οι οποίοι είναι η πρωτογενής ενεργή μεταφορά (όταν ένα ένζυμο που ονομάζεται αντλία μεταφέρει τη διαλυμένη ουσία απευθείας έναντι της βαθμίδωσής της) και η δευτερεύουσα ενεργή μεταφορά (στην οποία μια αντλία μεταφέρει μια άλλη διαλυμένη ουσία έναντι της βαθμίδας της, και στη συνέχεια αυτή η βαθμίδα παρέχει ενέργεια για τη μεταφορά μιας δεύτερης διαλυμένης ουσίας έναντι της κλίσης της ενώ η πρώτη κινείται προς τα κάτω.)
Παραδείγματα επιλεκτικής διαπερατότητας με ενεργή μεταφορά
- Ως παράδειγμα πρωτογενούς ενεργού μεταφοράς μπορούμε να αναφέρουμε την αντλία νατρίου/ καλίου , η οποία χρησιμοποιεί την ενέργεια που περιέχεται σε ένα μόριο ATP για να μεταφέρει ταυτόχρονα τρία ιόντα νατρίου έξω από το κύτταρο και 2 ιόντα καλίου μέσα, και στις δύο περιπτώσεις μεταξύ τους. βαθμίδες συγκέντρωσης.
- Ένα άλλο παράδειγμα ενεργητικής μεταφοράς είναι η αντλία πρωτονίων στην εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, η ενέργεια που απαιτείται για τη μετακίνηση των πρωτονίων έναντι της βαθμίδας συγκέντρωσής τους προέρχεται από τις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής της αερόβιας αναπνευστικής αλυσίδας . Αυτός ο τύπος μεταφοράς καθιστά την εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων μια επιλεκτικά διαπερατή μεμβράνη.
- Τέλος, ως παράδειγμα δευτερογενούς ενεργού μεταφοράς είναι η επιλεκτική διαπερατότητα της μεμβράνης σε ιόντα ασβεστίου με τη μεσολάβηση του αντιμεταφορέα νατρίου ασβεστίου. Αυτός ο αντιμεταφορέας χρησιμοποιεί τη βαθμίδα συγκέντρωσης νατρίου που δημιουργείται από την αντλία καλίου νατρίου για να αντλεί ένα ιόν ασβεστίου έξω από το κύτταρο ενώ 3 ιόντα νατρίου εισέρχονται σε αυτό.
βιβλιογραφικές αναφορές
Fluence Corp. (11 Σεπτεμβρίου 2019). Οι μεμβράνες επεξεργασίας νερού και οι διαδικασίες τους. Ανακτήθηκε από https://www.fluencecorp.com/es/membranas-de-tratamiento-de-agua/
Pérez, JM and Noriega B., MJ (). ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΜΕΣΩ ΜΕΜΒΡΑΝΗΣ. Ανοιχτό μάθημα. Ανακτήθηκε από https://ocw.unican.es/pluginfile.php/879/course/section/967/Tema%25204-Bloque%2520II-Transporte%2520a%2520traves%2520de%2520Membrana.pdf
Επιλεκτική διαπερατότητα (sf). Ιατρικό λεξικό. Ανακτήθηκε από https://www.cun.es/diccionario-medico/terminos/permeabilidad-selectiva
Sagle, A. & Freeman, B. (2004). Βασικές αρχές των μεμβρανών για την επεξεργασία του νερού. Ανακτήθηκε από https://texaswater.tamu.edu/readings/desal/membranetechnology.pdf
Ημιπερατή μεμβράνη (sf). Journal of Membrane Science & Technology. Ανακτήθηκε από https://www.longdom.org/peer-reviewed-journals/semipermeable-membrane-6018.html
