Passief massatransport

Van de passief massatransport is de diffusie van substraten door een biomembraan. Deze diffusie vindt plaats langs de concentratiegradiënt en vereist geen energie. Het diffusieproces kan bijvoorbeeld worden verstoord in de darmen van hiv-patiënten.

Wat is passief massatransport?

Cellen of celformaties worden in het lichaam van elkaar gescheiden door een biomembraan. Dankzij zijn gespecialiseerde structuren maakt deze flexibele scheidingslaag het transport van specifieke moleculen en informatie in en uit het celbinnenland mogelijk.

Er zijn twee basismodi om stoffen in en uit het membraan te transporteren. Membranen hebben een selectieve permeabiliteit. Ze laten sommige stoffen diffunderen terwijl ze een barrière vormen voor andere.

Door het actieve transport van stoffen kunnen membranen gericht openen voor moleculen waar ze door hun lading, hun concentratie of hun grootte eigenlijk niet doorlaatbaar zijn. Actief transport vindt altijd plaats met gebruik van energie. Er moet een onderscheid worden gemaakt tussen dit en het type massatransport van passief transport. Bij deze vorm van beweging van materie door een celmembraan is geen energie nodig. Passief transport moet worden gelijkgesteld met diffusieprocessen die plaatsvinden langs de concentratiegradiënt en die een concentratiebalans tussen de twee zijden van het membraan opleveren.

Functie en taak

In een cel of een celcompartiment is er een bepaalde chemische en oplaadomgeving die nodig is om de cel te laten functioneren. Dit milieu wordt alleen in stand gehouden door de eigenschappen van het biomembraan en de selectieve permeabiliteit. Het passieve en actieve stoftransport voorziet de cel of het celcompartiment in precies de juiste hoeveelheid van precies die stoffen die nodig zijn voor een gunstig milieu.

Er zijn twee verschillende soorten passief transport. De simpele diffusie beïnvloedt in vet oplosbare moleculen en vindt plaats met een extreem lage snelheid. Ze diffunderen vrij door het celmembraan. Deze vorm van passief vervoer is degene met de minste moeite. Het tweede type passieve diffusie is gefaciliteerde diffusie, die op zijn beurt kan worden onderverdeeld in twee subvormen. Een van deze subvormen is drager-gemedieerde gefaciliteerde diffusie. Bij deze vorm van passieve massaoverdracht pakt het membraan het substraat op met behulp van een zogenaamde drager. De drager is een eiwit dat de stof identificeert waaraan het substraat zich bindt. Omdat eenvoudige diffusie met een lage snelheid plaatsvindt, helpt de drager de stof door het biomembraan te transporteren. Het aantal van alle dragermoleculen is beperkt.

Om deze reden is het transport door een dragermolecuul onderhevig aan verzadigingskinetiek. Het passieve transport van stoffen door dragermoleculen kan ook onderhevig zijn aan competitieve remming. Wanneer een dragermolecuul verbinding maakt met zijn substraat, verandert het zijn conformatie en herschikt het dienovereenkomstig. Hierdoor wordt het substraatmolecuul door het biomembraan getransporteerd en pas aan de andere kant weer vrijgegeven.

Sommige dragers kunnen maar één molecuul tegelijk dragen en hebben dus een uniport. Andere dragers hebben bindingsplaatsen voor twee verschillende moleculaire substraten en veranderen de conformatie alleen wanneer beide bindingsplaatsen bezet zijn. De twee moleculen zijn ofwel symport in dezelfde richting of antiport in tegengestelde richtingen. Er is geen afhankelijkheid van de elektrische gradiënt.

Het tweede type gefaciliteerde diffusie is via poriën en kanalen. Deze vorm van transport heeft vooral invloed op aminozuren. Bij ionentransport wordt bijvoorbeeld het substraat van het aminozuur via de poriën in de celmembraan opgenomen. De kanalen worden gevormd door eiwitten. Er zijn speciale bindingsplaatsen op deze eiwithoudende kanalen. De gefaciliteerde diffusie door poriën en kanalen is een selectief materiaaltransport dat elektrisch en chemisch kan worden beïnvloed.

Bijna alle kanalen worden alleen geopend in reactie op bepaalde signalen. Een ligandgestuurd kanaal reageert bijvoorbeeld alleen op een boodschappersubstantie zoals een hormoon. Sommige kanalen zijn spanningsgeregeld en open voor diffusie met een verandering in membraanpotentiaal. Na de concentratie-egalisatie sluiten de kanalen weer.

Ziekten en aandoeningen

Als de membraanpermeabiliteit en dus ook het passieve massatransport wordt verstoord, wordt de permeabiliteit van verschillende ionen niet meer optimaal geregeld. Dergelijke stoornissen van de membraanpermeabiliteit ontstaan ​​vaak door hart- en vaatziekten en verstoren soms de elektrolytenbalans.

Soms zijn membraanpermeabiliteitsstoornissen ook erfelijk. Verschillende eiwitten bouwen het biomembraan op en geven het een selectief doorlaatbare dubbele lipidenlaag. Wanneer de betrokken eiwitten worden gewijzigd, verandert ook de membraanpermeabiliteit. Dit fenomeen doet zich bijvoorbeeld voor bij de Myotonia congenita Thomsen. Deze genetische aandoening van de spierfunctie zorgt ervoor dat een gen muteert dat verantwoordelijk is voor de codering van de individuele chloridekanalen in de spiervezelmembranen. Door de mutatie wordt de permeabiliteit voor chloride-ionen verminderd en veroorzaakt zo spierstijfheid.

Auto-immuunziekten kunnen ook worden gericht tegen het biomembraan, bijvoorbeeld het antifosfolipidensyndroom. Het immuunsysteem valt de aan fosfolipiden gebonden eiwitten van het membraan aan als onderdeel van de ziekte. De verhoogde neiging tot bloedstolling verhoogt ook het risico op hartaanvallen en beroertes.

Mitochondriale ziekten veranderen ook de permeabiliteit van de membranen. De mitochondriën zijn de eigen energiecentrales van het lichaam, die bij het opwekken van energie vrije radicalen afgeven. Deze stoffen worden onderschept bij gezonde mensen. Dit proces mislukt bij patiënten met mitochondiopathie, die de membranen beschadigt en het vermogen van de mitochondriën om energie te produceren aanzienlijk vermindert.

Het passieve en actieve transport van stoffen door de membranen van de dunne darm wordt vooral beïnvloed door aandoeningen zoals HIV-enteropathie. Dit fenomeen treft vooral hiv-patiënten met chronische diarree en kan in verband worden gebracht met een verminderde activiteit van de interstinale enzymen.