Aktiven Transport

Was ist aktiver Transport??

Das Aktiven Transport Es ist die Bewegung von Substanzen von einer Seite der Zellmembranen zur anderen gegen ihren Konzentrationsgradienten, dh von wo sie weniger konzentriert sind zu wo sie stärker konzentriert sind. Da es nicht spontan auftritt, ist es ein Prozess, der normalerweise Energie benötigt.

Alle in der Natur vorhandenen Zellen werden durch eine Lipidmembran begrenzt, die sich wie eine semipermeable Barriere verhält, dh den Durchgang einiger Substanzen ermöglicht und den Durchgang anderer von innen nach außen und umgekehrt verhindert.

Eine große Anzahl von Molekülen bewegt sich durch passiven Transport von einer Seite der Zellen zur anderen, ist jedoch ein wichtiger Teil der zellulären Mechanismen und damit des Lebens an sich hängen unter anderem vom aktiven Transport von Ionen und Molekülen wie Glucose, Natrium, Kalium, Calcium ab.

Da aktiver Transport kein energetisch günstiger Prozess ist (es geht bergauf), ist er normalerweise direkt oder indirekt an einen anderen Prozess gekoppelt, der eine Oxidationsreaktion der ATP-Hydrolyse ist, und an den Fluss chemischer Spezies zugunsten dessen Gradient, zur Absorption von Sonnenlicht usw..

Wie bewegen sich Moleküle im aktiven Transport??

Die Bewegung von Molekülen oder Substanzen von einer Seite der Zellmembranen zur anderen kann auf zwei Arten erfolgen:

• P.so: wenn Moleküle durch einfache Diffusion spontan Membranen kreuzen - oder durch Poren und Proteinkanäle erleichtert werden -. In diesem Fall wird das chemische Gleichgewicht zwischen den Kompartimenten gesucht, dh nach ihrem elektrochemischen oder Konzentrationsgradienten (von einem Ort höherer Konzentration zu einer niedrigeren Konzentration)..
• ZUaktiv: wenn die Moleküle gegen ihre Konzentration oder ihren Ladungsgradienten von einer Seite der Zellmembranen zur anderen transportiert werden. Dies führt zu ihrer ungleichmäßigen Akkumulation oder zur Verschiebung des chemischen Gleichgewichts zwischen den Kompartimenten; benötigt Energie (es ist thermodynamisch ungünstig, dh endergonisch) und die Beteiligung spezieller Proteintransporter.

Primärer aktiver Transport

Primärer aktiver Transport ist einer, bei dem der Transport eines Moleküls gegen seinen chemischen Gradienten (was zu seiner Akkumulation auf einer Seite der Membran führt) direkt an eine exergonische chemische Reaktion gekoppelt ist, dh an eine Reaktion, bei der Energie freigesetzt wird.

Die häufigsten Beispiele für den primären aktiven Transport sind hauptsächlich diejenigen, die die Energie nutzen, die bei der Hydrolyse von Adenosintriphosphat (ATP) freigesetzt wird, einem Molekül, das als wichtigste zelluläre Energiewährung gilt..

Beispielsweise bewegen oder transportieren tierische Zellen aktiv (gegen ihren Gradienten) Natrium- (Na +) und Kaliumionen (K +) unter Verwendung einer ganz speziellen Transportproteinstruktur, die als die bekannt ist Natrium-Kalium-Pumpe. Dies ist verantwortlich für das Ausstoßen von Natriumionen und das Einbringen von Kaliumionen in die Zelle, während ATP hydrolysiert wird.

Es ist wichtig zu bedenken, dass viele der Proteine, die an dieser Art von Transport beteiligt sind, als "Pumpen" bezeichnet werden..

Wie funktioniert der Na + / K-Transporter?+?

Natrium- und Kaliumkonzentrationen sind in tierischen Zellen unterschiedlich: Kalium ist auf intrazellulärer Ebene in Bezug auf die äußere Umgebung in höherer Konzentration vorhanden, und Natrium ist innerhalb der Zelle weniger konzentriert als außerhalb. Sein aktiver Transport dank der Natrium / Kalium-Pumpe ist wie folgt:

1. Die Pumpe "öffnet" sich im cytosolischen Raum und bindet an 3 Natriumionen (Na +), was die Hydrolyse eines ATP-Moleküls auslöst (die Pumpe ist phosphoryliert)..
2. Mit der Hydrolyse von ATP ändert die Pumpe ihre Strukturform und wird zum extrazellulären Raum hin "offen", wo sie die Natriumionen aufgrund eines Phänomens verringerter Affinität loslässt.
3. In dieser Position kann die Pumpe nun 2 Kaliumionen (K +) binden, was zur Dephosphorylierung der Pumpe und ihrer Formänderung in die Ausgangsform führt, die zum Cytosol hin offen ist. Diese Öffnung setzt die Kaliumionen in die Zelle frei und ist bereit für einen weiteren Transportzyklus..

Im Allgemeinen erreicht der primäre aktive Transport die Etablierung elektrochemischer Gradienten, die unter verschiedenen Gesichtspunkten für die Zellaktivität wichtig sind..

Sekundärer aktiver Transport

Sekundärer aktiver Transport ist der Transport eines Moleküls oder gelösten Stoffes gegen seinen elektrischen oder Konzentrationsgradienten (endergonischer Prozess, der Energie benötigt), der mit dem Transport eines anderen Moleküls zugunsten seines Gradienten gekoppelt ist (exergonischer Prozess, der Energie freisetzt)..

Die Besonderheit dieser Art des aktiven Transports hat damit zu tun, dass der Gradient des Moleküls, der sich offensichtlich durch passiven Transport bewegt, zuvor durch einen primären aktiven Transportprozess ermittelt wurde, dh es wurde auch Energie verbraucht.

Wie funktioniert es?

Der primäre aktive Transport von positiv oder negativ geladenen Ionen erzeugt einen elektrochemischen Gradienten innerhalb der Zelle; Diese Art des Transports wird allgemein als "Energiespeicher" -Mechanismus angesehen..

Der Grund für die vorherige Aussage liegt in der Tatsache, dass Energie freigesetzt wird, wenn dieselben Ionen, die aktiv transportiert wurden, durch passiven Transport mobilisiert werden, oder was auch immer zugunsten ihres Konzentrationsgradienten gleich ist, da es sich um einen exergonischen Prozess handelt.

Der sekundäre aktive Transport wird so genannt, weil er die in Form eines Ionenkonzentrationsgradienten (der durch den primären aktiven Transport hergestellt wurde) „gespeicherte“ Energie verwendet, um andere Moleküle gleichzeitig mit ihrer Erzeugung gegen ihren Konzentrationsgradienten zu bewegen. passiver Transport derjenigen, die zuerst durch Primärtransport eingeführt wurden.

Normalerweise sind die Proteine, die an dieser Art des aktiven Transports beteiligt sind Cotransporter die die in elektrochemischen Gradienten enthaltene Energie nutzen. Diese Cotransporter können Moleküle in die gleiche Richtung (Symporter) oder in entgegengesetzte Richtungen (Antiträger) bewegen..

Ein gutes Beispiel für den sekundär aktiven "Cotransport" vom Typ "Symport" ist der, der vom Natrium / Glucose-Cotransporter in der Zellmembran von Zellen durchgeführt wird, die in der Darmschleimhaut von Tieren vorhanden sind.

Dieser Transporter bewegt Natriumionen entlang seines Konzentrationsgradienten in die Zelle, während er gleichzeitig Glucosemoleküle gegen seinen Konzentrationsgradienten in die Zelle transportiert..

Beispiele für aktiven Transport

Aktiver Transport ist ein Prozess von grundlegender Bedeutung für das zelluläre Leben, für den eine Vielzahl von Beispielen angeführt werden kann, darunter:

• Die Pumpen (primärer aktiver Transport), die für den aktiven Transport von Ionen, kleinen hydrophilen Molekülen, Lipiden usw. verantwortlich sind..
• Transporter (Cotransporter, sekundärer aktiver Transport), die für die Bewegung von Molekülen wie Glucose, Aminosäuren, einigen Ionen und anderen Zuckern verantwortlich sind.

ATP-angetriebene Pumpen für den primären aktiven Transport

Aktiver Transport ist im Allgemeinen ein äußerst wichtiger Transportmechanismus für alle Zellen, sowohl Prokaryoten (Bakterien und Archaeen) als auch Eukaryoten (Tiere, Pflanzen und Pilze)..

Der primäre aktive Transport wird normalerweise durch eine Art von Protein oder Proteinkomplex vermittelt, die als "Pumpen" bekannt sind, von denen die Pumpen, die durch die von ATP abgeleitete Energie "bewegt" oder "angetrieben" werden, am relevantesten sind.

Diese Proteine ​​sind im Wesentlichen für die Bewegung von Ionen gegen ihren Konzentrationsgradienten verantwortlich, wobei die durch die Hydrolyse von ATP freigesetzte Energie verwendet wird..

Alle diese Pumpen haben normalerweise in ihrer Struktur unterschiedliche Stellen für die Bindung an ATP, im Allgemeinen auf der Seite der Membran, wo sie dem Cytosol zugewandt sind, und entsprechend diesen Bindungsstellen und der Identität der Untereinheiten, aus denen sie bestehen, gibt es verschiedene Arten von Bomben Förderer:

• Die Pumpen der Klasse „P“, darunter die Protonenpumpen der Plasmamembran von Bakterien, Pflanzen und Pilzen; die Na + / K + - und Ca + 2-Pumpen der Plasmamembran aller eukaryotischen Zellen usw..
• Pumpen der Klasse "V", wie z. B. solche der Vakuolarmembran von Pflanzen, Pilzen und Hefen; pumpt in die Lysosomen tierischer Zellen und pumpt in die Plasmamembran einiger Knochen- und Nierenzellen.
• Pumpen der Klasse „F“, einschließlich der Pumpen der bakteriellen Plasmamembran, der inneren Mitochondrienmembran und der Thylakoidmembran von Chloroplasten in Pflanzenzellen.
• Pumpen in der "ABC" -Transporter-Superfamilie, einschließlich Transporter für Aminosäuren, Zucker, Peptide, Phospholipide, lipophile Arzneimittel und andere Moleküle in einigen Bakterien- und Tierzellen.

Verweise

1. B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. D. Johnson, J. Lewis, M. Raff,… & P. ​​Walter (2013). Essentielle Zellbiologie. Girlandenwissenschaft.
2. B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis, D. Morgan, M. Raff & P. ​​W. Keith Roberts (2018). Molekularbiologie der Zelle.
3. H. Lodish, A. Berk, C. A. Kaiser, M. Krieger, M. P. Scott, A. Bretscher,… & P. ​​Matsudaira (2008). Molekulare Zellbiologie. Macmillan.
4. Murray, K., Rodwell, V., Bender, D., Botham, K. M., Weil, P. A., & Kennelly, P. J. (2009). Harpers illustrierte Biochemie. 28 (S. 588). New York: McGraw-Hill.
5. Nelson, D. L., Lehninger, A. L. & Cox, M. M. (2008). Lehninger Prinzipien der Biochemie. Macmillan.