Membranaktivitet

Membranaktivitet är de processer där biologiska membraner reglerar passage av ämnen, energi och signaler över cellmembranets yta. Membranets funktioner styrs av det lipidlika dubbellagret och av inbäddade proteiner som fungerar som kanaler, pumpar, receptorer och enzymer. Membranet fungerar således som en selektiv barriär samt som kommunikations- och energihanteringssystem.

Proteiner i membranet möjliggör transport och signalering. Kanaler tillåter snabb diffusion av joner eller små molekyler. Transportörer medverkar i passiv och aktiv transport genom konformationsförändringar. Aktiv transport drivs ofta av ATP eller av elektrokemiska gradienter som upprätthålls av pumpar som Na+/K+-ATPase. Sekundär aktiv transport utnyttjar energin i en befintlig jongradient.

Membranpotentialen uppstår när membranet har olika permeabilitet för olika joner och när aktiv transport upprätthåller koncentrationsskillnader. I många djurceller ligger vilomembranpotentialen omkring −70 millivolt. Den elektriska spänningsskillnaden spelar en central roll i nervsignalering, muskelaktivering och reglering av flera signalvägar.

Signaleringsprocesser: Receptorer i membranet fångar yttre signalmolekyler och initierar intracellulära signalvägar via sekundära budbärare som cAMP, Ca2+, IP3. G-proteinkopplade receptorer och receptor-tyrosinkinaser är viktiga för många fysiologiska svar. Membranet skapar ofta mikromiljöer i lipidraftar som modulerar signaleringskomplex.

Membrantrafik och dynamik: Endocytos och exocytos flyttar lipider och proteiner mellan plasmamembranet och intracellulära organeller. Vesikulär transport kräver cytoskelett och SNARE-proteiner. Membranet förändras kontinuerligt genom fluiditet och rekombination av membranlagret.

Mätning och tillämpningar: Membranaktivitet studeras med tekniker som patch-clamp och spänningsklamp samt fluorescencebaserade sensorer som mäter membranpotential och jonkoncentrationer. Förståelsen av membranaktivitet är central inom neurovetenskap, kardiovaskulär fysiologi, farmakologi och studier av sjukdomar som kanalopatier och cystisk fibros.