מעבר חומרים דרך ממברנות ביולוגיות

הממברנות הן קרומים ביולוגיים שמשמשים מעין מחסום ששולט בחילוף החומרים בין התא לסביבתו. הממברנה עצמה היא מחסום כמעט בלתי חדיר לרוב החומרים, כולל אלה שהתא זקוק להם לתפקודו (יונים, סוכרים, חומצות אמינו ועוד). כדי לאפשר מעבר מבוקר שלהם קיימים חלבוני העברה (טרנספורטרים) שמאפשרים מעבר חומרים עם כיוון מפל הריכוזים שלהם או נגדו. הסרטון שלפנינו סוקר את רוב הסוגים של  חלבוני ההעברה.

הסרטון הופק בידי Johnson County Community College ותורגם בידי צוות דוידסון אונליין

לתאים יש מגוון רחב של נשאים שמעבירים חומרים מומסים דרך הממברנה. הנשא הראשון נקרא Uniport, והוא מסוגל להעביר סוג אחד של חומר מומס במורד מפל הריכוזים. הנשא מעביר את המומס באופן סלקטיבי מצד אחד של הממברנה לצדה השני.

נשאים אחרים מוליכים מומסים באופן מצומד, כלומר משלבים שני חומרים באותה פעולה. אם שני המומסים חוצים את הממברנה באותו כיוון, הנשא ייקרא Simport. המומס, שמיוצג בסרטון כעיגול צהוב, נע במקרה הזה במורד מפל הריכוזים שלו, מריכוז גבוה לנמוך. האנרגיה המשתחררת מהמעבר שלו מאפשרת הולכה של מומס אחר, המיוצג כריבוע, נגד כיוון מפל הריכוזים שלו – כלומר מריכוז נמוך לגבוה.

כשנשא מוליך שני סוגים של מומסים בכיוונים שונים בממברנה הוא נקרא antiport. בסרטון, הזו, המומס שמיוצג בעיגול מובל במורד מפל הריכוזים ומאפשר מעבר של המומס השני, שמיוצג במשולש, נגד כיוון מפל הריכוזים.

הובלה מצומדת של שני חומרים מתאפשרת בזכות האנרגיה הפוטנציאלית של מפל הריכוזים, בדומה לאנרגיית המים בסכר בתחנת כוח הידרואלקטרית. הקישור של המומס הראשון יוצר שינוי מבני בחלבון, שמאפשר לו לעבור לצד השני של הממברנה. שחרורו בצד השני מאפשר שינוי מבני שמשחזר את המבנה המקורי של הנשא.

קיימים שני סוגים נוספים של חלבוני הולכה, שאינם מתוארים בסרטון. הראשון הוא המשאבה, שמובילה מומסים נגד כיוון מפל הריכוזים שלהם, בלי צימוד לממס במורד מפל הריכוזים. האנרגיה שמאפשרת מעבר כזה מתקבלת מפירוק ATP. דוגמה מפורסמת היא משאבת הנתרן-אשלגן שתפקידה ליצור מפל של ריכוזי נתרן ואשלגן בין שני צדי הדופן. לשם כך היא שואבת את הנתרן החוצה ואת האשלגן פנימה תוך שימוש ב-ATP. ברוב המקרים משאבות משמשות כדי ליצור מפל ריכוזים שמשמש נשאים אחרים להולכת מומסים.

סוג שני הוא התעלה היונית. התעלה הינה מבנה גלילי בממברנה שמאפשר זרימה של מומסים במורד מפל הריכוזים, בלי השקעת אנרגיה. התעלה מוליכה את המומסים במהירות הגבוהה ביותר ופועלת כמעין חור בממברנה שמאפשר מעבר של חומרים מסוימים בהתאם למאפייניהם. רוב התעלות מוליכות יונים, כמו נתרן, אשלגן, כלור וסידן, אך יש גם תעלות שמוליכות חומרים מורכבים יותר כמו מים וגליצרול.

התעלות מבוקרות היטב על ידי מנגנונים מגוונים (מתח ממברנה, חומציות, קולטנים שונים ועוד). הן ממלאות תפקיד חשוב בתהליכים רבים, כמו הולכת האות העצבי, קביעת קצב הלב, הפרשת חומרים בתא, התכווצות שרירים ועוד.

ארז גרטי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בתגובה לכתבה זו ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.