Warunkiem prawidłowego funkcjonowania komórki jest wymiana materii i energii ze środowiskiem przy odpowiedniej ochronie jej wnętrza przed wpływami z zewnątrz. To właśnie błona komórkowa tworzy właściwą barierę, umożliwiającą transport ściśle określonych substancji do wnętrza komórki i w kierunku przeciwnym. Tego typu osłonę określa się mianem błony (membrany) półprzepuszczalnej, tzn. selektywnie przepuszczalnej. Dzięki półprzepuszczalności błon biologicznych, możliwa jest komunikacja obu środowisk – komórki i jej otoczenia – mimo ich fizycznej separacji.

Błona komórkowa zbudowana jest z dwuwarstwy fosfolipidowej, w której występują również białka pełniące różne funkcje, m.in. transportowe. Dzięki tej specyficznej budowie molekularnej, błona jest selektywnie przepuszczalna – przez pojęcie selektywnościselektywnośćselektywności należy rozumieć wybiórczą zdolność membrany do przepuszczania konkretnych jonów i cząsteczek do wnętrza komórki i utrudniania bądź blokowania transportu innych. Termin przepuszczalnośćprzepuszczalnośćprzepuszczalność opisuje natomiast łatwość (szybkość), z jaką cząsteczki lub jony zostają przepuszczone przez błonę. Właściwości te warunkują jedną z cech błon biologicznych – półprzepuszczalność.

Przez dwuwarstwę fosfolipidową błony komórkowej mogą swobodnie przenikać małe, niepolarne cząsteczki, które rozpuszczają się w dwuwarstwie lipidowej, np. cząsteczki gazów: OIndeks dolny 2₂, NIndeks dolny 2₂, COIndeks dolny 2₂. Nieco ograniczone jest przechodzenie małych, nienaładowanych cząsteczek polarnych, np. wody lub glicerolu, ponieważ odbywa się ono jedynie zgodnie z gradientem stężeń – od środowiska o wyższym stężeniu substancji do środowiska mniej stężonego. Transport jonów obdarzonych ładunkiem wymaga natomiast udziału odpowiednich białek błonowych, tworzących w błonie komórkowej tzw. kanały jonowekanał jonowykanały jonowe lub pompy jonowepompa jonowapompy jonowe. Obecności specjalnych białek wymaga także przenikanie dużych cząsteczek, np. aminokwasów lub glukozy.

W komórkach, w których wymagany jest sprawny transport wody przez błonę komórkową (np. komórkach kanalików krętych nerek), działają wyspecjalizowane struktury błonowe zwane akwaporynamiakwaporynaakwaporynami. Ich obecność ułatwia dyfuzję prostą cząsteczek wody, czyli osmozęosmozaosmozę. Białka te mogą również zmieniać przepustowość, regulując transport cząsteczek przez błonę.

Właściwości selektywnej przepuszczalności błon komórkowych wykorzystywane są m.in. w leczeniu pacjentów ze schyłkową niewydolnością nerekschyłkowa niewydolność nerekschyłkową niewydolnością nerek, u których prowadzone są dializy krwidializa krwidializy krwi, czyli usuwanie z organizmu wody oraz produktów przemiany materii, jak mocznik i niektóre jony. Stosuje się hemodializę lub dializę otrzewnową. Hemodializa, czyli dializa pozaustrojowa, polega na przepuszczeniu krwi przez specjalne urządzenie, tzw. sztuczną nerkę (dializator). Z krwi przepływającej przez dializator zbędne i szkodliwe substancje przenikają przez błonę półprzepuszczalną do płynu dializacyjnego. Oczyszczona krew wraca do krwiobiegu chorego. Funkcję półprzepuszczalnej membrany w dializie otrzewnowej pełni otrzewnaotrzewna (błona otrzewnowa)otrzewna. Do jamy brzusznej, za pomocą cewnika, wprowadza się płyn dializacyjny, który służy wymianie substancji z krwią w położonych pod otrzewną naczyniach krwionośnych. Dzięki hiperosmolalnościhiperosmolalnośćhiperosmolalności wprowadzanego roztworu oraz półprzepuszczalności błony otrzewnowej możliwe jest odprowadzanie nadmiaru wody oraz metabolitów i toksyn z organizmu.

Co więcej, zjawisko półprzepuszczalności membran wykorzystywane jest do odsalania wody morskiej (w celu pozyskiwania wody pitnej) oraz do otrzymywania wody dejonizowanej (tzn. praktycznie pozbawionej soli), wykorzystywanej m.in. w przemysłach farmaceutycznym, kosmetycznym czy spożywczym.

Słownik