Semi-permeabiliteit

Semi-permeabiliteit verwijst naar biomembraan dat selectief permeabel is voor bepaalde stoffen en niet kan worden doorgelaten door andere stoffen. Semi-permeabiliteit is de basis van osmose en kenmerkt de cellen van alle levende wezens. Verstoringen van de semipermeabiliteit hebben verwoestende gevolgen voor de elektrolyt- en waterbalans in de celcompartimenten.

Wat is de semi-permeabiliteit?

Semipermeabiliteit betekent letterlijk "semi-permeabiliteit". De term staat voor een eigenschap van fysieke of substantiële interfaces. Semipermeabele oppervlakken laten bepaalde deeltjes door terwijl andere worden verhinderd.

In de medische technologie en biologie speelt semipermeabiliteit vooral een rol in de context van membranen. Semipermeabele membranen hebben een selectieve permeabiliteit en laten bepaalde deeltjes in een bepaalde richting door het membraan gaan. De overeenkomstige membranen vertegenwoordigen een scheidingssysteem dat bepaalde stoffen naar de andere kant van het membraan laat passeren zonder specifieke transportsystemen.

Membranen omringen cellen waarin een specifiek milieu moet worden gehandhaafd om te overleven. Zonder de semi-permeabiliteit van membranen zou het handhaven van de specifieke celomgeving ondenkbaar zijn. In de biologie is semipermeabiliteit ook de basis voor processen als osmose, osmoregulatie en turgor.

Functie en taak

De term membraantransport vat alle materiaalpenetraties door biomembraan samen. Membraantransport wordt gekenmerkt door twee fundamenteel verschillende mechanismen: naast vrije permeatie in de zin van diffusie is er ook specifiek transport.

Membraan bestaat uit een lipide dubbellaag, die op zichzelf een barrière vormt tussen de waterige compartimenten van de cel. Op deze manier worden de extraplasmische en cytoplasmatische ruimte van elkaar gescheiden. In de compartimenten kunnen verschillende milieus heersen. In bepaalde biologische systemen is een celmembraan door zijn vloeibaarheid doorlaatbaar voor kleinere moleculen. Deze doorlaatbaarheid is aanwezig in het biologische systeem, bijvoorbeeld voor water, dat zich langs het membraan beweegt volgens de bestaande concentratiegradiënt in de richting van de hogere concentratie.

Dit principe is een basisbouwsteen van veel organismen en dus ook een basis van het menselijk organisme. Semipermeabele membranen zijn voornamelijk permeabel voor oplosmiddelen. Opgeloste stoffen worden vaak vastgehouden door het membraan om de celomgeving achter de scheidingslaag te kunnen behouden. Dit betekent dat semipermeabele membranen moleculen tot een bepaalde molecuulmassa of grootte doorlaten, terwijl wordt voorkomen dat die boven de gegeven molecuulmassa of -grootte passeren.

De wetenschap beschouwt tijdelijke onregelmatigheden in de lipidedubbellagen van membranen nu als de belangrijkste oorzaak van semi-permeabiliteit. Als basis van osmose is semipermeabiliteit een belangrijk onderdeel van alle levende organismen. De term osmose beschrijft de gerichte stroming van moleculaire deeltjes door selectief permeabele of semi-permeabele membranen. Om een ​​gereguleerde waterbalans te bereiken, zijn de cellen van alle levende wezens afhankelijk van osmose en dus semi-permeabiliteit.

Semipermeabiliteit is ook cruciaal voor osmoregulatie. Dit betekent het vermogen om de concentraties van osmotisch actieve stoffen in de stofwisseling te reguleren. Dit vermogen dient om osmotische stress te voorkomen en helpt levende wezens ook om hun osmotische potentieel te benutten.

Daarnaast vormt de semi-permeabiliteit de basis van de turgordruk van planten. Deze druk komt overeen met een hydrostatische druk in cellen, waardoor fysiologische processen zoals gasuitwisseling of verschillende transportprocessen mogelijk zijn.

Ziekten en aandoeningen

Systemische ontstekingsreacties zoals sepsis kunnen de permeabiliteit beïnvloeden. In deze context komt de bemiddelende stof histamine vrij. Na het vrijkomen neemt onder meer de doorlaatbaarheid van de vaten toe.

Er zijn veel andere ontstekingsreacties die de membraanpermeabiliteit van verschillende weefsels beïnvloeden. Een daarvan is pancreatitis, waarbij de semipermeabiliteit van het pancreaskanaalsysteem wordt beïnvloed door aandoeningen. De membraanpermeabiliteit van de cellen neemt in dit geval af. Dit fenomeen is bijvoorbeeld te herkennen aan de penetratie van röntgencontrastmiddelen tijdens diagnostische beeldvorming.

Verdere aandoeningen van de membraanpermeabiliteit treden op in de context van hart- en vaatziekten. In de meeste gevallen leiden alle stoornissen van de membraanpermeabiliteit tot een onbalans in de elektrolytenbalans.

Afgezien van de beschreven contexten, kunnen aandoeningen van de membraanpermeabiliteit ook een erfelijke basis hebben. Een erfelijke mutatie van membraaneiwitten kan bijvoorbeeld de permeabiliteit van een celmembraan significant veranderen, bijvoorbeeld bij ziekten als Myotonia congenita Thomsen.

Bij deze ziekte belemmeren chloridekanalen in de spieren die zijn veranderd door genetische mutatie de membraandoorgang voor chloride-ionen. Zonder de doorgang van deze ionen kunnen de spieren niet optimaal werken.

Uiteindelijk vertonen alle stoornissen van de membraanpermeabiliteit significante effecten op het hele organisme. Als bijvoorbeeld een semipermeabel membraan plotseling niet meer doorlaatbaar is voor oplosmiddelen, is de waterbalans in de compartimenten van de cel onevenwichtig. Als een semipermeabel membraan weer te permeabel is, verandert ook hier het specifieke milieu van de celcompartimenten. In beide gevallen kan de aangetaste cel gedoemd zijn te sterven omdat de beoogde werkomgeving van zijn compartimenten uit balans is.

Auto-immuunziekten kunnen ook de permeabiliteit van het membraan aantasten. Het antifosfolipidensyndroom is bijvoorbeeld specifiek gericht tegen biomembraan en verandert hun fysiologische permeabiliteit.

Bij planten worden ook enkele verstoringen in de membraanpermeabiliteit of semipermeabiliteit van membranen geassocieerd met parasitaire organismen waargenomen. Bepaalde parasieten scheiden verwelkingsgifstoffen uit in de zin van marasmines. Deze stoffen veroorzaken verstoringen van de semi-permeabiliteit om een ​​verhoging van de permeabiliteit in het plasma van de gastheercel te veroorzaken en zo ongehinderd toegang te krijgen.