Transport membranaire

Au Transport membranaire les substances traversent une membrane biologique ou sont activement transportées à travers les membranes. Contrairement au transport actif, la diffusion est la voie de transport membranaire la plus simple et ne nécessite aucune énergie supplémentaire. Les troubles du transport membranaire sont associés à une variété de maladies différentes.

Qu'est-ce que le transport membranaire?

Les biomembranes renferment des zones telles que le cytoplasme des cellules et génèrent ainsi une région contrôlée avec un milieu relativement indépendant du monde extérieur. L'environnement cellulaire spécifique à l'intérieur des cellules ne peut être construit et maintenu qu'en raison du blindage du monde extérieur.

La double couche d'une biomembrane est constituée de phospholipides et n'est intrinsèquement perméable qu'aux gaz et aux petites molécules, dans la plupart des cas non chargées. Pour les ions polaires hydrophiles et autres substances bioactives, la bicouche lipidique correspond à une barrière, que des mécanismes de transport supplémentaires sont nécessaires pour surmonter.

Le transport membranaire correspond au passage de substances à travers une biomembrane. Deux principes différents jouent ici un rôle. Le premier principe est la diffusion ou la libre perméation, le second est le transport de masse sélectif. En plus de la simple diffusion, les principes fonctionnels tels que le transport passif à travers les protéines de canal ou les protéines porteuses et le transport actif pour le transport transmembranaire comptent également.

L'endocytose, l'exocytose et la transcytose appartiennent au transport de déplacement de la membrane. Etant donné que les parties de membrane elles-mêmes sont déplacées pendant le transport de déplacement de membrane, un écoulement de membrane est parfois également mentionné ici.

Le transport membranaire prend en charge les fonctions cellulaires et la communication cellulaire avec l'environnement. Le transfert de masse sélectif est rendu possible par les mécanismes de transport.

Fonction et tâche

La bicouche lipidique ou couche lipidique bimoléculaire d'une biomembrane correspond à une barrière entre les compartiments aqueux sous la forme de l'espace extraplasmique et cytoplasmique. Seules de petites molécules peuvent diffuser à travers une biomembrane entre les compartiments, par exemple l'acide acétique ainsi que l'eau. Pour les molécules plus grosses, la vitesse de diffusion est relativement faible.

La perméabilité des membranes pour les petites molécules est également appelée semi-perméabilité et constitue la base de l'osmose. Selon les hypothèses actuelles, chaque biomembrane est une structure fluide avec des irrégularités temporaires au sein de la bicouche lipidique. Les molécules ayant une propriété hydrophobe se dissolvent à travers la zone de membrane hydrophobe en raison de leur coefficient de distribution. Des particules encore plus grosses comme les hormones stéroïdes peuvent se diffuser à travers les membranes.

En revanche, des molécules spécifiques utilisent un transport membranaire spécifique. La voie de transport est liée aux protéines de transport membranaire intégrales appelées translocateurs. Le transport spécifique est spécifique au substrat et saturable. Les translocateurs de cette voie de transport comprennent des porteurs chargés du substrat et pouvant provoquer un changement conformationnel de la membrane afin d'introduire sa charge.

En raison des taux de transport relativement élevés, il existe un canal de transport permanent dans chaque membrane. Les protéines membranaires intégrales ayant des fonctions de transport membranaire correspondent généralement à des structures oligomères. Dans le cas du transport spécifique, il y a diffusion catalysée sans consommation d'énergie supplémentaire ou transport actif avec consommation d'énergie.

La diffusion catalysée et le transport actif offrent la possibilité de ne transporter qu'une seule particule de manière unidirectionnelle, et deux particules ensemble dans le même sens ou dans des sens opposés. La diffusion catalysée à travers les protéines de transport membranaire ne suit que l'égalisation de concentration le long du gradient de concentration existant de substances entre les deux compartiments de la cellule. Le transport actif a toujours lieu contre le gradient de concentration.

Les pores de la biomembrane externe sont utilisés pour le passage non spécifique de particules hydrophiles. Le canal de transport proprement dit d'une biomembrane est constitué de feuillets β. Le transport membranaire est irremplaçable pour toutes les fonctions corporelles et tous les tissus du corps, par exemple pour le système nerveux et ses canaux ioniques dépendants de la tension.

Maladies et affections

Les perturbations des systèmes de transport membranaire peuvent provoquer de graves dommages cellulaires et même une défaillance des organes. Au sein de l'intestin ou des reins, des troubles du transport membranaire résultent par exemple de troubles d'absorption et de sécrétion.

Les mitochondriopathies, par exemple, conduisent à des troubles du transport membranaire. Dans ce cas, le système enzymatique est affecté, ce qui permet de générer de l'énergie par phosphorylation oxydative. Les perturbations de l'ATP synthase méritent une mention spéciale dans ce contexte. Cette enzyme est l'une des protéines transmembranaires les plus importantes qui, par exemple, assume la fonction d'une enzyme de transport au sein de la pompe à protons. L'enzyme catalyse l'apport d'ATP dans le corps sain et permet un transport de protons économe en énergie le long du gradient de protons avec formation d'ATP. L'ATP synthase est donc l'un des convertisseurs d'énergie les plus importants de l'organisme humain et transforme une forme d'énergie en une autre. Les troubles mitochondriaux sont des dysfonctionnements des processus métaboliques mitochondriaux qui entraînent une réduction de l'apport de synthèse d'ATP et réduisent ainsi les performances de l'organisme.

De plus, toutes les protéines et enzymes de transport peuvent finalement être affectées par des mutations ou des défauts de transcription. Les mutations dans le matériel génétique des protéines de transport laissent les protéines affectées sous une forme modifiée, de sorte que le transport de la substance active est rendu plus difficile. Ce phénomène est pertinent pour certaines maladies de l'intestin grêle, par exemple.

Les perturbations de l'écoulement membranaire peuvent à leur tour être liées à une grande variété de maladies. Dans les tumeurs, par exemple, l'endocytose est souvent plus difficile. Des infections ou des maladies neurogénératives peuvent également provoquer des troubles à cet égard. Les neuropathies avec une capacité de marche réduite et une vitesse de conduction nerveuse réduite ainsi que des troubles sensoriels sont un exemple de troubles neurodégénératifs dus à une perturbation du flux membranaire.

La maladie de Huntington liée à une mutation perturbe également le flux membranaire de manière neurogène. De plus, l'exocytose des neurotransmetteurs peut être entravée par des toxines. L'exocytose perturbée est également à la base de maladies métaboliques telles que la fibrose kystique. Les troubles de la pinocytose sont désormais également associés à des maladies telles que la maladie d'Alzheimer.

Les troubles du transport membranaire peuvent non seulement avoir de nombreuses raisons différentes, mais finalement conduire à de nombreux symptômes différents et à une grande variété de maladies.