Selektive Permeabilitätsdefinition und Beispiele

Selektiv durchlässig bedeutet, dass eine Membran den Durchgang einiger Moleküle oder Ionen ermöglicht und den Durchgang anderer hemmt. Die Fähigkeit, den molekularen Transport auf diese Weise zu filtern, wird als selektive Permeabilität bezeichnet.

Selektive Permeabilität versus Semipermeabilität

Sowohl semipermeable Membranen als auch selektiv permeable Membranen regulieren den Materialtransport so, dass einige Partikel passieren, während andere nicht passieren können. Einige Texte verwenden Seeschwalben "selektiv durchlässig" und "semipermeabel", aber sie bedeuten nicht genau dasselbe. Eine semipermeable Membran ist wie ein Filter, der Partikel je nach Größe, Löslichkeit, elektrischer Ladung oder anderen chemischen oder physikalischen Eigenschaften passieren lässt oder nicht. Die passiven Transportprozesse Osmose und Diffusion ermöglichen den Transport über semipermeable Membranen. Eine selektiv permeable Membran wählt auf der Grundlage spezifischer Kriterien (z. B. Molekülgeometrie), welche Moleküle passieren dürfen. Dieser erleichterte oder aktive Transport kann Energie erfordern.

Die Semipermeabilität kann sowohl für natürliche als auch für synthetische Materialien gelten. Fasern können neben Membranen auch semipermeabel sein. Während sich selektive Permeabilität im Allgemeinen auf Polymere bezieht, können andere Materialien als semipermeabel angesehen werden. Beispielsweise ist eine Fensterscheibe eine semipermeable Barriere, die den Luftstrom zulässt, aber den Durchgang von Insekten begrenzt.

Beispiel einer selektiv permeablen Membran

Die Lipiddoppelschicht der Zellmembran ist ein hervorragendes Beispiel für eine Membran, die sowohl semipermeabel als auch selektiv permeabel ist.

Phospholipide in der Doppelschicht sind so angeordnet, dass sich die hydrophilen Phosphatköpfe jedes Moleküls auf der Oberfläche befinden und der wässrigen oder wässrigen Umgebung innerhalb und außerhalb der Zellen ausgesetzt sind. Die hydrophoben Fettsäureschwänze sind in der Membran verborgen. Die Phospholipidanordnung macht die Doppelschicht semipermeabel. Es ermöglicht den Durchgang von kleinen, ungeladenen gelösten Stoffen. Kleine fettlösliche Moleküle können durch den hydrophilen Kern der Schicht gelangen, wie Hormone und fettlösliche Vitamine. Durch die semipermeable Membran gelangt Wasser über die Osmose. Moleküle von Sauerstoff und Kohlendioxid passieren die Membran durch Diffusion.

Polare Moleküle können jedoch die Lipiddoppelschicht nicht leicht passieren. Sie können die hydrophobe Oberfläche erreichen, aber nicht durch die Lipidschicht auf die andere Seite der Membran gelangen. Kleine Ionen sehen sich aufgrund ihrer elektrischen Ladung einem ähnlichen Problem gegenüber. Hier kommt die selektive Permeabilität ins Spiel. Transmembranproteine ​​bilden Kanäle, die den Durchgang von Natrium-, Calcium-, Kalium- und Chloridionen ermöglichen. Polare Moleküle können sich an Oberflächenproteine ​​binden, wodurch sich die Konfiguration der Oberfläche ändert und diese passieren. Transportproteine ​​bewegen Moleküle und Ionen über eine erleichterte Diffusion, die keine Energie benötigt.

Große Moleküle kreuzen im Allgemeinen nicht die Lipiddoppelschicht. Es gibt besondere Ausnahmen. In einigen Fällen ermöglichen integrale Membranproteine ​​den Durchgang. In anderen Fällen ist ein aktiver Transport erforderlich. Hier wird Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP) für den vesikulären Transport bereitgestellt. Ein Lipiddoppelschichtvesikel bildet sich um das große Partikel und verschmilzt mit der Plasmamembran, um das Molekül entweder in eine Zelle hinein oder aus dieser heraus zu lassen. Bei der Exozytose öffnet sich der Inhalt des Vesikels zur Außenseite der Zellmembran. Bei der Endozytose wird ein großes Partikel in die Zelle aufgenommen.

Ein weiteres Beispiel für eine selektiv durchlässige Membran ist neben der Zellmembran die Innenmembran eines Eies.