הובלת ממברנה: פונקציה, תפקיד ומחלות

בהובלת קרום, חומרים עוברים דרך קרום ביולוגי או מועברים באופן פעיל דרך קרומים. שלא כמו תחבורה פעילה, דיפוזיה היא מסלול הובלת הקרום הפשוט ביותר ואינה דורשת אספקת אנרגיה נוספת. הפרעות של הובלת קרום קשורות למגוון מחלות שונות.

מהו הובלת קרום?

הובלת קרום היא כאשר חומרים עוברים או מועברים באופן פעיל על פני קרום ביולוגי. ביוממברנות סוגרות אזור כמו ציטופלזמה של תאים, ויוצרים אזור מבוקר עם סביבה עצמאית יחסית לעולם החיצון. ניתן לקבוע ולתחזק את סביבת הסלולר הספציפית בתוך התאים רק בגלל ההגנה מהעולם החיצון. הדו שכבתי של ביומברנה מורכב מ פוספוליפידים והוא כשלעצמו חדיר רק לגזים וקטנים, ברוב המקרים ללא טעינה מולקולות. עבור יונים קוטביים הידרופיליים וחומרים ביו-אקטיביים אחרים, שכבת השומנים השומנית תואמת מחסום הדורש מנגנוני תחבורה נוספים כדי להתגבר עליו. הובלת ממברנה מתאימה למעבר של חומרים דרך ביוממברנה. שני עקרונות שונים ממלאים בכך תפקיד. העיקרון הראשון הוא דיפוזיה או חדירה חופשית, השני הוא סלקטיבי מסה תַחְבּוּרָה. בנוסף לדיפוזיה פשוטה, עקרונות פונקציונליים כמו הובלה פסיבית בערוץ חלבונים או חלבונים נושאים ותחבורה פעילה הם חלק מהובלה טרנסממברנית. הובלת טרנסלוקציה של ממברנה כוללת בתורה אנדוציטוזיס, אקסוציטוזיס וטרנסיטוזיס. מכיוון שחלקי קרום עצמם נעקרים במהלך הובלה של עקירת קרום, זה מכונה לפעמים גם שטף קרום. הובלת קרום תומכת בפונקציות סלולריות ותקשורת תאים עם הסביבה. סֶלֶקטִיבִי מסה העברה אפשרית על ידי מנגנוני תחבורה.

פונקציה ומשימה

שכבת השומנים הדו-שכבתית או שכבת השומנים הדו-מולקולרית של ביו-ממברנה תואמת מחסום בין תאים מימיים בצורה של המרחב האקסטרפלזמי והציטופלזמי. בין התאים, רק קטן מולקולות יכול להתפזר דרך ביוממברנה, כגון חומצה אצטית נוסף על מַיִם. לגדול יותר מולקולות, קצב הדיפוזיה נמוך יחסית. החדירות של ממברנות למולקולות קטנות נקראת גם חדירות למחצה והיא מהווה בסיס לאוסמוזה. על פי ההנחות הנוכחיות, כל ביוממברנה היא מבנה נוזלי עם אי סדרים חולפים בתוך שכבת השומן השומנית. מולקולות בעלות תכונה הידרופובית מתמוססות באזור הממברנה ההידרופובית בשל מקדם החלוקה שלהן. אפילו חלקיקים גדולים יותר כמו סטרואידים הורמונים יכול לעבור דרך ממברנות באמצעות דיפוזיה. מולקולות ספציפיות, לעומת זאת, עושות שימוש בהובלת קרום ספציפית. מסלול התחבורה מקושר להובלת קרום אינטגרלית חלבונים ידועים כמתרגמים. הובלה ספציפית הינה ספציפית למצע ורוויה. מתרגמים במסלול תחבורה זה כוללים מנשאים עמוסים במצע ויכולים לגרום לשינוי קונפורמציה בקרום כדי להציג את מטענם. בגלל שיעורי התחבורה הגבוהים יחסית, קיים ערוץ הובלה קבוע בכל קרום. הקרום האינטגרלי חלבונים עם תפקידים בהובלת קרום תואמים בדרך כלל מבנים אוליגומריים. בתחבורה ספציפית קיים דיפוזיה מזורזת ללא צריכת אנרגיה נוספת או הובלה פעילה בצריכת אנרגיה. דיפוזיה מזורזת ותחבורה פעילה מציעים אפשרות להעביר רק חלקיק בודד באופן לא כיוון, שני חלקיקים יחד באותו כיוון או בכיוונים מנוגדים. דיפוזיה מזורזת על ידי חלבוני הובלת קרום עוקבת אחר ריכוז לאזן לאורך ההווה ריכוז שיפוע של חומרים בין שני תאי התא. תחבורה פעילה מתרחשת תמיד כנגד ריכוז מִדרוֹן. נקבוביות הביוממברנה החיצונית משרתות את המעבר הלא ספציפי של חלקיקים הידרופיליים. ערוץ ההובלה בפועל של ביומברנה מורכב מסדיני β. הובלת קרום אינה ניתנת להחלפה עבור כל תפקודי הגוף ורקמות הגוף, כגון מערכת העצבים ואת תעלות היונים המגודרות במתח.

מחלות והפרעות

הפרעה במערכות הובלת קרום עלולה לגרום לנזק חמור לתאים ואף לאי ספיקת איברים. בתוך המעי או הכליות הפרעות בהובלת קרום גורמות למשל להפרעות ספיגה והפרשה. מיטוכונדריופתיה, למשל, עוֹפֶרֶת להפרעות בהובלת קרום. במקרה זה מושפעת מערכת האנזים המאפשרת ייצור אנרגיה באמצעות זרחון חמצוני. הפרעות בסינתזה של ATP ראויות לציון במיוחד בהקשר זה. אנזים זה הוא אחד החלבונים הטרנסממברניים החשובים ביותר, אשר, למשל, לוקח על עצמו את תפקודו של אנזים הובלה בתוך משאבת הפרוטון. בגוף הבריא, האנזים מזרז את אספקת ה- ATP ומאפשר הובלת פרוטונים מועדפת על אנרגיה לאורך שיפוע הפרוטון תחת היווצרות ATP. לכן סינטז ה- ATP הוא אחד ממירי האנרגיה החשובים ביותר באורגניזם האנושי, והופך צורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת. מיטוכונדריופתיה מהווה כיום תקלות בתהליכים מטבוליים מיטוכונדריאליים הגורמים לאספקה ​​מופחתת של סינתזת ATP ובכך להפחית את ביצועי הגוף. בנוסף, כל חלבוני הטרנספורטר ו אנזימים בסופו של דבר עלול להיות מושפע ממוטציות או פגמים בתעתיק. מוטציות בחומר הגנטי של חלבוני טרנספורטר גורמות לכך שהחלבונים המושפעים נוכחים בצורה שונה והופכים לפעילים מסה תחבורה קשה יותר. תופעה זו רלוונטית, למשל, לכמה מחלות של מעי דק. בתורם, הפרעות בשטף הממברנה יכולות להיות קשורות למגוון רחב של מחלות. לדוגמה, אנדוציטוזיס לעיתים קרובות מונע בגידולים. זיהומים או מחלות נוירוגנטיביות עלולים לגרום גם להפרעות מהבחינה הזו. נוירופתיה עם יכולת הליכה לקויה ומהירות הולכה עצבית מופחתת כמו גם הפרעות תחושתיות הן דוגמא לתלונות נוירו-ניווניות עקב פגיעה בזרימת הממברנה. כמו כן, הקשורים למוטציה מחלת הנטינגטון משבש נוירוגנית את שטף הממברנה. בנוסף, נוירוטרנסמיטר אקסוציטוזיס עלול להיפגע עקב רעלים. Exocytosis לקוי גם עומד בבסיס מחלות מטבוליות כגון סיסטיק פיברוזיס. הפרעות של פינוציטוזיס קשורות כעת גם למחלות כגון אלצהיימר מַחֲלָה. להפרעות של הובלת קרום לא רק יכולות להיות סיבות רבות ושונות, אלא בסופו של דבר עוֹפֶרֶת באותה מידה לתסמינים רבים ושונים ומגוון רחב של מחלות.