Membranpermeabilität

Membranpermeabilität bezeichnet in der Biologie die Fähigkeit einer biologischen Membran, Substanzen durchzulassen oder zu blockieren. Sie ist ein zentrales Element des Begriffs Semipermeabilität der Zellmembran, die aus einer Phospholipid-Doppelschicht mit integrierten Proteinen besteht. Je nach Eigenschaften der Substanz und der Membran kann Diffusion, Transport durch Proteine oder aktiver Transport erfolgen. Kleine unpolare Moleküle wie Sauerstoff (O2) und Kohlendioxid (CO2) passieren die Membran oft passiv, während größere polare Moleküle, Ionen und Makromoleküle meist Transportproteine benötigen oder transportiert werden müssen.

Der passive Transport umfasst einfache Diffusion durch die Lipiddoppelschicht sowie erleichterte Diffusion durch Kanal- oder Carrierproteine. Der aktive Transport bewegt Substanzen gegen ihren Konzentrationsgradienten und erfordert Energie, meist in Form von ATP. Wasser durchquert Membranen überwiegend über Aquaporine, während bestimmte Porenproteine in Bakterien oder Organellen den Durchtritt ausgewählter Moleküle ermöglichen. Die Permeabilität wird von der Lipidzusammensetzung, dem Cholesterinanteil, der Temperatur, dem pH-Wert und dem Zustand der Membran (z. B. Phasenübergänge) beeinflusst und kann durch Proteine reguliert werden.

Membranpermeabilität steuert die Nährstoffaufnahme, den Abtransport von Stoffwechselprodukten, Signalleitungen in Nervenzellen und die Barrierefunktion des Blut-Hirn-Schranks. Veränderungen der Permeabilität sind mit Krankheiten assoziiert, etwa bei Entzündung oder Störung der Barriere. In Wissenschaft und Medizin werden Permeabilitätstests eingesetzt, um Transportmechanismen zu charakterisieren oder die Wirksamkeit von Arzneimitteln zu evaluieren. Typische Messgrößen sind der Permeabilitätskoeffizient und Diffusionsraten; Methoden umfassen tracerbasierte Experimente, elektro-physiologische Messungen und bildgebende Verfahren.