Membraanbelasting

Membraanbelasting is de som van krachten die op een membraan inwerken en die de fysische toestand en de functionaliteit ervan beïnvloeden. Het begrip wordt in verschillende vakgebieden gebruikt, waaronder biologie, biochemie en materiaalkunde, om de spanning, vervorming en doorlaatbaarheid van membranen te beschrijven onder verschillende omgevingscondities. In biologische systemen gaat het vaak om plasmamembranen, maar ook om membranen in organellen of synthetische modelmembranen.

Belastingen op membranen ontstaan door mechanische krachten (zoals krachten van het cytoskelet en van de extracellulaire matrix), osmotische drukverschillen die water in of uit de cel brengen, en elektrische velden die transmembrane potentiaal beïnvloeden. Deze krachten kunnen membraanpermeabiliteit, lipideordening en de activiteit van ionkanalen en transporters veranderen. Mechanische belasting kan mechanotransductie activeren en invloed hebben op endocytose, exocytose en vesikelvorming. In plantencellen zorgt bijvoorbeeld turgordruk voor aanzienlijke membraanbelasting tussen plasmamembraan en celwand.

Experimenten meten membraanbelasting met technieken zoals micropipette-aspiratie, atoomkrachtmicroscopie (AFM) en tether pulling-technieken, en modelleren membraanmechanica met visco-elastische modellen. Het begrip is relevant voor het ontwerp van biomaterialen, zoals ondersteunde lipide bilayers, en voor het begrip van mechanotransductie en pathologische toestanden waarbij de membraanbelasting verandert. Zie ook membraanpanning, mechanotransductie en osmose-gerelateerde processen.