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5.3: Transportarten - Biologie

5.3: Transportarten - Biologie


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Was Sie lernen werden: Erklären Sie, wie Stoffe direkt durch eine Membran transportiert werden

Plasmamembranen müssen es bestimmten Substanzen ermöglichen, in eine Zelle einzudringen und diese zu verlassen, und das Eindringen einiger schädlicher Stoffe und das Austreten einiger wesentlicher Stoffe verhindern. Mit anderen Worten, Plasmamembranen sind teilweise durchlässig– sie lassen einige Stoffe passieren, andere aber nicht. Alle Zellen verwenden den Großteil ihrer Energie, um ein Ungleichgewicht von Natrium- und Kaliumionen zwischen dem Inneren und Äußeren der Zelle aufrechtzuerhalten.

Lernziele

  • Passiven Transport definieren und beschreiben
  • Aktiven Transport definieren und beschreiben

Passiver Transport

Die direktesten Formen des Membrantransports sind passiv. Passiver Transport ist ein natürlich vorkommendes Phänomen und erfordert nicht, dass die Zelle ihre Energie aufwendet, um die Bewegung auszuführen. Beim passiven Transport bewegen sich Stoffe von einem Bereich höherer Konzentration in einen Bereich niedrigerer Konzentration. Ein physikalischer Raum, in dem es eine Reihe von Konzentrationen einer einzelnen Substanz gibt, heißt a Konzentrationsgradient.

Gezielte Durchlässigkeit

Plasmamembranen sind asymmetrisch: Das Innere der Membran ist nicht identisch mit dem Äußeren der Membran. Tatsächlich gibt es einen erheblichen Unterschied zwischen der Anordnung von Phospholipiden und Proteinen zwischen den beiden Segeln, die eine Membran bilden. Im Inneren der Membran dienen einige Proteine ​​dazu, die Membran an Fasern des Zytoskeletts zu verankern. An der Außenseite der Membran befinden sich periphere Proteine, die Elemente der extrazellulären Matrix binden. An Lipiden oder Proteinen gebundene Kohlenhydrate finden sich auch auf der äußeren Oberfläche der Plasmamembran. Diese Kohlenhydratkomplexe helfen der Zelle, Substanzen zu binden, die die Zelle in der extrazellulären Flüssigkeit benötigt. Dies trägt erheblich zum selektiven Charakter von Plasmamembranen bei (Abbildung 1).

Denken Sie daran, dass Plasmamembranen amphiphil sind: Sie haben hydrophile und hydrophobe Bereiche. Diese Eigenschaft unterstützt die Bewegung einiger Materialien durch die Membran und behindert die Bewegung anderer. Fettlösliches Material mit niedrigem Molekulargewicht kann leicht durch den hydrophoben Lipidkern der Membran rutschen. Substanzen wie die fettlöslichen Vitamine A, D, E und K passieren leicht die Plasmamembranen im Verdauungstrakt und in anderen Geweben. Fettlösliche Medikamente und Hormone gelangen ebenfalls leicht in die Zellen und werden leicht in die Gewebe und Organe des Körpers transportiert. Moleküle von Sauerstoff und Kohlendioxid haben keine Ladung und passieren daher Membranen durch einfache Diffusion.

Polare Stoffe bereiten der Membran Probleme. Während einige polare Moleküle sich leicht mit dem Äußeren einer Zelle verbinden, können sie den Lipidkern der Plasmamembran nicht ohne weiteres passieren. Auch wenn kleine Ionen leicht durch die Zwischenräume im Mosaik der Membran schlüpfen könnten, verhindert ihre Ladung dies. Ionen wie Natrium, Kalium, Calcium und Chlorid müssen über spezielle Mittel verfügen, um Plasmamembranen zu durchdringen. Einfache Zucker und Aminosäuren benötigen auch Hilfe beim Transport durch Plasmamembranen, der durch verschiedene Transmembranproteine ​​(Kanäle) erreicht wird.

Diffusion

Diffusion ist ein passiver Transportprozess (siehe Abbildung 2). Eine einzelne Substanz neigt dazu, sich von einem Bereich hoher Konzentration in einen Bereich niedriger Konzentration zu bewegen, bis die Konzentration über einen Raum hinweg gleich ist. Die Diffusion von Stoffen durch die Luft ist Ihnen bekannt.

Stellen Sie sich zum Beispiel vor, dass jemand in einem Raum voller Menschen eine Flasche Ammoniak öffnet. Das Ammoniakgas hat die höchste Konzentration in der Flasche; seine geringste Konzentration liegt an den Rändern des Raumes. Der Ammoniakdampf diffundiert oder verteilt sich von der Flasche, und allmählich werden immer mehr Menschen den Ammoniak riechen, während er sich ausbreitet. Materialien bewegen sich durch Diffusion innerhalb des Zytosols der Zelle, und bestimmte Materialien bewegen sich durch Diffusion durch die Plasmamembran (Abbildung 3). Diffusion verbraucht keine Energie. Im Gegensatz dazu sind Konzentrationsgradienten eine Form von potentieller Energie, die abgebaut wird, wenn der Gradient eliminiert wird.

Jede einzelne Substanz in einem Medium, wie beispielsweise die extrazelluläre Flüssigkeit, hat ihren eigenen Konzentrationsgradienten, unabhängig von den Konzentrationsgradienten anderer Materialien. Darüber hinaus diffundiert jede Substanz gemäß diesem Gradienten. Innerhalb eines Systems gibt es unterschiedliche Diffusionsgeschwindigkeiten der verschiedenen Stoffe im Medium.

Erleichterter Transport

Beim erleichterten Transport, auch erleichterte Diffusion genannt, diffundieren Materialien mit Hilfe von Membranproteinen durch die Plasmamembran. Es existiert ein Konzentrationsgradient, der es diesen Materialien ermöglichen würde, in die Zelle zu diffundieren, ohne Zellenergie zu verbrauchen. Allerdings handelt es sich bei diesen Materialien um Ionen oder polare Moleküle, die von den hydrophoben Teilen der Zellmembran abgestoßen werden. Erleichterte Transportproteine ​​schirmen diese Materialien vor der abstoßenden Kraft der Membran ab, sodass sie in die Zelle diffundieren können.

Das transportierte Material wird zunächst an Protein- oder Glykoproteinrezeptoren auf der äußeren Oberfläche der Plasmamembran angeheftet. Dadurch kann das von der Zelle benötigte Material aus der extrazellulären Flüssigkeit entfernt werden. Die Substanzen werden dann an spezifische integrale Proteine ​​weitergegeben, die ihre Passage erleichtern. Einige dieser integralen Proteine ​​sind Ansammlungen von Beta-Faltblättern, die eine Pore oder einen Kanal durch die Phospholipid-Doppelschicht bilden. Andere sind Trägerproteine, die an die Substanz binden und ihre Diffusion durch die Membran unterstützen.

Kanäle

Die integralen Proteine, die am erleichterten Transport beteiligt sind, werden zusammenfassend als . bezeichnet Transportproteine, und sie fungieren entweder als Kanäle für das Material oder als Träger. In beiden Fällen handelt es sich um Transmembranproteine. Kanäle sind spezifisch für den transportierten Stoff. Kanalproteine hydrophile Domänen aufweisen, die den intrazellulären und extrazellulären Flüssigkeiten ausgesetzt sind; sie haben zusätzlich einen hydrophilen Kanal durch ihren Kern, der eine hydratisierte Öffnung durch die Membranschichten bietet (Abbildung 4). Der Durchgang durch den Kanal ermöglicht es polaren Verbindungen, die unpolare zentrale Schicht der Plasmamembran zu vermeiden, die ansonsten ihren Eintritt in die Zelle verlangsamen oder verhindern würde. Aquaporine sind Kanalproteine, die Wasser mit sehr hoher Geschwindigkeit durch die Membran passieren lassen.

Kanalproteine ​​sind entweder immer offen oder sie sind „gated“, was die Öffnung des Kanals steuert. Die Anlagerung eines bestimmten Ions an das Kanalprotein kann die Öffnung kontrollieren, oder es können andere Mechanismen oder Substanzen beteiligt sein. In einigen Geweben passieren Natrium- und Chloridionen frei durch offene Kanäle, während in anderen Geweben ein Tor geöffnet werden muss, um den Durchgang zu ermöglichen. Ein Beispiel dafür tritt in der Niere auf, wo beide Formen von Kanälen in verschiedenen Teilen der Nierentubuli gefunden werden. Zellen, die an der Übertragung elektrischer Impulse beteiligt sind, wie Nerven- und Muskelzellen, haben in ihren Membranen geschlossene Kanäle für Natrium, Kalium und Kalzium. Das Öffnen und Schließen dieser Kanäle verändert die relativen Konzentrationen dieser Ionen auf gegenüberliegenden Seiten der Membran, was zu einer Erleichterung der elektrischen Übertragung entlang der Membranen (im Fall von Nervenzellen) oder der Muskelkontraktion (im Fall von Muskelzellen) führt.

Trägerproteine

Eine andere Art von Protein, das in die Plasmamembran eingebettet ist, ist a Trägerprotein. Dieses treffend benannte Protein bindet eine Substanz und löst dabei eine eigene Formänderung aus, indem es das gebundene Molekül von der Außenseite der Zelle ins Innere bewegt (Abbildung 5); Je nach Steigung kann sich das Material in die entgegengesetzte Richtung bewegen. Trägerproteine ​​sind typischerweise für eine einzelne Substanz spezifisch. Diese Selektivität trägt zur Gesamtselektivität der Plasmamembran bei. Der genaue Mechanismus der Formänderung ist kaum bekannt. Proteine ​​können ihre Form ändern, wenn ihre Wasserstoffbrückenbindungen betroffen sind, aber dies kann diesen Mechanismus möglicherweise nicht vollständig erklären. Jedes Trägerprotein ist spezifisch für eine Substanz, und es gibt eine endliche Anzahl dieser Proteine ​​in jeder Membran. Dies kann zu Problemen beim Transport von genügend Material führen, damit die Zelle richtig funktioniert. Wenn alle Proteine ​​an ihre Liganden gebunden sind, sind sie gesättigt und die Transportgeschwindigkeit ist maximal. Eine Erhöhung des Konzentrationsgradienten an dieser Stelle führt nicht zu einer erhöhten Transportgeschwindigkeit.

Ein Beispiel für diesen Prozess findet in der Niere statt. Glukose, Wasser, Salze, Ionen und Aminosäuren, die der Körper benötigt, werden in einem Teil der Niere gefiltert. Dieses Filtrat, das Glukose enthält, wird dann in einem anderen Teil der Niere resorbiert. Da es nur eine endliche Anzahl von Trägerproteinen für Glukose gibt, wird der Überschuss nicht transportiert, wenn mehr Glukose vorhanden ist, als die Proteine ​​verarbeiten können, und wird vom Körper mit dem Urin ausgeschieden. Bei einem Diabetiker wird dies als „Verschütten von Glukose in den Urin“ beschrieben. Eine andere Gruppe von Trägerproteinen, die Glukosetransportproteine ​​oder GLUTs genannt werden, sind am Transport von Glukose und anderen Hexosezuckern durch Plasmamembranen im Körper beteiligt.

Kanal- und Trägerproteine ​​transportieren Material mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Kanalproteine ​​transportieren viel schneller als Trägerproteine. Kanalproteine ​​erleichtern die Diffusion mit einer Geschwindigkeit von mehreren zehn Millionen Molekülen pro Sekunde, während Trägerproteine ​​mit einer Geschwindigkeit von tausend bis einer Million Molekülen pro Sekunde arbeiten.

Osmose

Osmose ist die Bewegung von Wasser durch eine semipermeable Membran entsprechend dem Konzentrationsgradienten von Wasser über die Membran, der umgekehrt proportional zur Konzentration der gelösten Stoffe ist. Während die Diffusion Material durch Membranen und innerhalb von Zellen transportiert, transportiert die Osmose nur Wasser über eine Membran und die Membran begrenzt die Diffusion von gelösten Stoffen im Wasser. Es überrascht nicht, dass die Aquaporine, die die Wasserbewegung erleichtern, eine große Rolle bei der Osmose spielen, vor allem in den roten Blutkörperchen und den Membranen der Nierentubuli.

Mechanismus

Osmose ist ein Sonderfall der Diffusion. Wasser bewegt sich wie andere Substanzen von einem Bereich mit hoher Konzentration zu einem Bereich mit niedriger Konzentration. Eine offensichtliche Frage ist, was bewegt Wasser überhaupt? Stellen Sie sich ein Becherglas mit einer semipermeablen Membran vor, die die beiden Seiten oder Hälften trennt (Abbildung 6). Auf beiden Seiten der Membran ist der Wasserstand gleich, aber es gibt unterschiedliche Konzentrationen eines gelösten Stoffes, oder gelöst, die die Membran nicht passieren können (sonst würden die Konzentrationen auf jeder Seite durch den die Membran passierenden gelösten Stoff ausgeglichen). Wenn das Volumen der Lösung auf beiden Seiten der Membran gleich ist, aber die Konzentrationen des gelösten Stoffes unterschiedlich sind, dann befinden sich auf beiden Seiten der Membran unterschiedliche Mengen an Wasser, dem Lösungsmittel.

Stellen Sie sich zur Veranschaulichung zwei volle Gläser Wasser vor. Einer enthält einen einzigen Teelöffel Zucker, während der zweite eine viertel Tasse Zucker enthält. Wenn das Gesamtvolumen der Lösungen in beiden Bechern gleich ist, welcher Becher enthält mehr Wasser? Da die große Zuckermenge in der zweiten Tasse viel mehr Platz einnimmt als der Teelöffel Zucker in der ersten Tasse, enthält die erste Tasse mehr Wasser.

Zurück zum Becherglas-Beispiel, erinnern Sie sich daran, dass es auf beiden Seiten der Membran eine Mischung aus gelösten Stoffen enthält. Ein Diffusionsprinzip besteht darin, dass sich die Moleküle bewegen und sich gleichmäßig im Medium verteilen, wenn sie können. Allerdings diffundiert nur das Material, das die Membran durchdringen kann. In diesem Beispiel kann der gelöste Stoff nicht durch die Membran diffundieren, das Wasser jedoch. Wasser hat in diesem System einen Konzentrationsgradienten. Somit diffundiert Wasser entlang seines Konzentrationsgradienten und durchquert die Membran zu der Seite, auf der es weniger konzentriert ist. Diese Diffusion von Wasser durch die Membran – Osmose – wird fortgesetzt, bis der Konzentrationsgradient des Wassers auf Null geht oder bis der hydrostatische Druck des Wassers den osmotischen Druck ausgleicht. Osmose läuft in lebenden Systemen ständig ab.

Tonus

Tonus beschreibt, wie eine extrazelluläre Lösung durch Beeinflussung der Osmose das Volumen einer Zelle verändern kann. Die Tonizität einer Lösung korreliert oft direkt mit der Osmolarität der Lösung. Osmolarität beschreibt die Gesamtkonzentration des gelösten Stoffes der Lösung. Eine Lösung mit niedriger Osmolarität weist eine größere Anzahl von Wassermolekülen im Verhältnis zur Anzahl der gelösten Partikel auf; eine Lösung mit hoher Osmolarität hat weniger Wassermoleküle in Bezug auf gelöste Partikel. In einer Situation, in der Lösungen mit zwei unterschiedlichen Osmolaritäten durch eine für Wasser, jedoch nicht für den gelösten Stoff durchlässige Membran getrennt sind, bewegt sich das Wasser von der Seite der Membran mit niedrigerer Osmolarität (und mehr Wasser) auf die Seite mit höherer Osmolarität (und weniger Wasser). Dieser Effekt ist sinnvoll, wenn man bedenkt, dass sich der gelöste Stoff nicht durch die Membran bewegen kann und somit die einzige Komponente im System, die sich bewegen kann – das Wasser – sich entlang seines eigenen Konzentrationsgradienten bewegt. Ein wichtiger Unterschied in Bezug auf lebende Systeme besteht darin, dass die Osmolarität die Anzahl der Partikel (die Moleküle sein können) in einer Lösung misst. Daher kann eine zelltrübe Lösung eine geringere Osmolarität aufweisen als eine klare Lösung, wenn die zweite Lösung mehr gelöste Moleküle enthält als Zellen vorhanden sind.

Hypotonische Lösungen

Drei Begriffe – hypotonisch, isotonisch und hypertonisch – werden verwendet, um die Osmolarität einer Zelle mit der Osmolarität der extrazellulären Flüssigkeit, die die Zellen enthält, in Beziehung zu setzen. In einer hypotonen Situation hat die extrazelluläre Flüssigkeit eine niedrigere Osmolarität als die Flüssigkeit innerhalb der Zelle, und Wasser tritt in die Zelle ein. (In lebenden Systemen ist der Bezugspunkt immer das Zytoplasma, also das Präfix hypo– bedeutet, dass die extrazelluläre Flüssigkeit eine niedrigere Konzentration an gelösten Stoffen oder eine niedrigere Osmolarität aufweist als das Zellzytoplasma.) Dies bedeutet auch, dass die extrazelluläre Flüssigkeit eine höhere Wasserkonzentration in der Lösung aufweist als die Zelle. In dieser Situation folgt Wasser seinem Konzentrationsgradienten und dringt in die Zelle ein.

Hypertonische Lösungen

Bei einer hypertonischen Lösung ist das Präfix hyper– bezieht sich auf die extrazelluläre Flüssigkeit mit einer höheren Osmolarität als das Zytoplasma der Zelle; daher enthält die Flüssigkeit weniger Wasser als die Zelle. Da die Zelle eine relativ höhere Wasserkonzentration aufweist, wird Wasser die Zelle verlassen.

Isotonische Lösungen

In einer isotonischen Lösung hat die extrazelluläre Flüssigkeit die gleiche Osmolarität wie die Zelle. Wenn die Osmolarität der Zelle mit der der extrazellulären Flüssigkeit übereinstimmt, findet keine Nettobewegung von Wasser in die oder aus der Zelle statt, obwohl Wasser immer noch ein- und ausströmt. Blutzellen und Pflanzenzellen (Abbildung 7) in hypertonischen, isotonischen und hypotonischen Lösungen nehmen charakteristische Erscheinungen an.

Übungsfrage

Ein Arzt injiziert einem Patienten eine isotonische Kochsalzlösung. Der Patient stirbt und eine Autopsie zeigt, dass viele rote Blutkörperchen zerstört wurden. Glauben Sie, dass die vom Arzt injizierte Lösung wirklich isotonisch war?

[practice-area rows=”2″][/practice-area]
[reveal-answer q="619831″]Zeige die Antwort[/reveal-answer]
[hidden-answer a=”619831″]Nein, es muss hypotonisch gewesen sein, da eine hypotonische Lösung Wasser in die Zellen eindringen lassen würde, wodurch sie platzen würden.[/hidden-answer]

Lernziele

Sehen Sie sich diesen Bericht über Osmose und Diffusion an

Ein YouTube-Element wurde aus dieser Textversion ausgeschlossen. Sie können es hier online einsehen: pb.libretexts.org/biowm/?p=110

Zusammenfassung: Passiver Transport

Es wird keine Energie benötigt. Die „treibende Kraft“ ist ein Unterschied in der Konzentration eines Stoffes auf einer Seite der Membran im Vergleich zu der anderen Seite.

  • Einfache Diffusion (O2, CO2, H20. Wasser und unpolare Moleküle).
    • Osmose ist eine spezielle Art der einfachen Diffusion nur für Wasser.
  • Machen Sie sich mit den Begriffen vertraut hypotonisch, isotonisch, und hypertonisch, und in der Lage sein, anzugeben, wie eine Pflanzen- oder eine Tierzelle aussehen wird, wenn sie in eine bestimmte Art von Lösung gegeben wird.
    • Beispiel: Eine Pflanzenzelle hat eine Zellwand und ist voll und glücklich, wenn sie in Wasser (eine hypotonische Lösung) gelegt wird. Eine tierische Zelle hat keine Zellwand und wird anschwellen und platzen, wenn sie in Wasser gelegt wird. Aus diesem Grund sollte ein Patient niemals eine IV-Injektion von Wasser erhalten: Dies führt zum Platzen seiner roten Blutkörperchen.
  • Erleichterte Diffusion (Zucker, Ionen, Aminosäuren usw. Geladene oder polare Moleküle).
    • Trägerproteine
    • Kanalproteine ​​(wie Ionenkanäle oder Aquaporin)

Aktiven Transport

Aktiven Transport Mechanismen erfordern die Nutzung der Energie der Zelle, meist in Form von Adenosintriphosphat (ATP). Wenn eine Substanz gegen ihren Konzentrationsgradienten in die Zelle gelangen muss, dh wenn die Konzentration der Substanz in der Zelle größer ist als ihre Konzentration in der extrazellulären Flüssigkeit (und umgekehrt), muss die Zelle Energie aufwenden, um die Substanz zu bewegen. Einige aktive Transportmechanismen bewegen Materialien mit kleinem Molekulargewicht, wie z. B. Ionen, durch die Membran. Andere Mechanismen transportieren viel größere Moleküle.

Elektrochemischer Gradient

Wir haben einfache Konzentrationsgradienten diskutiert – unterschiedliche Konzentrationen einer Substanz in einem Raum oder einer Membran – aber in lebenden Systemen sind Gradienten komplexer. Da sich Ionen in und aus Zellen bewegen und weil Zellen Proteine ​​enthalten, die sich nicht durch die Membran bewegen und meist negativ geladen sind, gibt es auch einen elektrischen Gradienten, einen Ladungsunterschied, über die Plasmamembran. Das Innere lebender Zellen ist gegenüber der extrazellulären Flüssigkeit, in der sie gebadet sind, elektrisch negativ, und gleichzeitig weisen Zellen höhere Kaliumkonzentrationen (K+) und niedrigere Natriumkonzentrationen (Na+) als die extrazelluläre Flüssigkeit. In einer lebenden Zelle ist also der Konzentrationsgradient von Na+ neigt dazu, es in die Zelle zu treiben, und der elektrische Gradient von Na+ (ein positives Ion) neigt auch dazu, es nach innen in das negativ geladene Innere zu treiben. Bei anderen Elementen wie Kalium ist die Situation jedoch komplexer. Der elektrische Gradient von K+, ein positives Ion, neigt ebenfalls dazu, es in die Zelle zu treiben, aber der Konzentrationsgradient von K+ neigt dazu, K . zu fahren+ aus der Zelle (Abbildung 8). Der kombinierte Gradient von Konzentration und elektrischer Ladung, der ein Ion beeinflusst, wird als sein . bezeichnet elektrochemischer Gradient.

Übungsfrage

Die Injektion einer Kaliumlösung in das Blut einer Person ist tödlich; Dies wird bei der Todesstrafe und der Euthanasie verwendet. Warum glauben Sie, dass eine Injektion von Kaliumlösung tödlich ist?

[practice-area rows=”2″][/practice-area]
[reveal-answer q="900539″]Zeige die Antwort[/reveal-answer]
[hidden-answer a=”900539″]Zellen haben typischerweise eine hohe Kaliumkonzentration im Zytoplasma und werden in einer hohen Natriumkonzentration gebadet. Die Injektion von Kalium zerstreut diesen elektrochemischen Gradienten. Im Herzmuskel ist das Natrium/Kalium-Potential für die Übertragung des Signals verantwortlich, das die Kontraktion des Muskels bewirkt. Wenn dieses Potenzial abgebaut ist, kann das Signal nicht übertragen werden und das Herz hört auf zu schlagen. Kaliuminjektionen werden auch verwendet, um den Herzschlag während der Operation zu stoppen.[/hidden-answer]

Gegen einen Farbverlauf bewegen

Um Stoffe gegen einen Konzentrations- oder elektrochemischen Gradienten zu bewegen, muss die Zelle Energie verbrauchen. Diese Energie wird aus ATP gewonnen, das durch den Stoffwechsel der Zelle erzeugt wird. Aktive Transportmechanismen, zusammenfassend genannt Pumps, gegen elektrochemische Gradienten arbeiten. Kleine Substanzen passieren ständig Plasmamembranen. Aktiver Transport hält die Konzentrationen von Ionen und anderen Substanzen aufrecht, die von lebenden Zellen angesichts dieser passiven Bewegungen benötigt werden. Ein Großteil der metabolischen Energie einer Zelle kann für die Aufrechterhaltung dieser Prozesse aufgewendet werden. (Der größte Teil der metabolischen Energie eines roten Blutkörperchens wird verwendet, um das Ungleichgewicht zwischen den äußeren und inneren Natrium- und Kaliumspiegeln aufrechtzuerhalten, die von der Zelle benötigt werden.) Da aktive Transportmechanismen vom Energiestoffwechsel einer Zelle abhängen, reagieren sie empfindlich auf viele Stoffwechselgifte, die stören mit der Zufuhr von ATP.

Für den Transport von niedermolekularem Material und kleinen Molekülen existieren zwei Mechanismen. Primärer aktiver Transport bewegt Ionen durch eine Membran und erzeugt einen Ladungsunterschied über diese Membran, der direkt von ATP abhängt. Sekundärer aktiver Transport beschreibt die Bewegung von Material, die auf den elektrochemischen Gradienten zurückzuführen ist, der durch den primären aktiven Transport entsteht, der nicht direkt ATP benötigt.

Trägerproteine ​​für aktiven Transport

Eine wichtige Membranadaption für den aktiven Transport ist das Vorhandensein spezifischer Trägerproteine ​​oder Pumpen, die die Bewegung erleichtern: Es gibt drei Arten dieser Proteine ​​oder Transporter (Abbildung 9). EIN Uniporter trägt ein bestimmtes Ion oder Molekül. EIN Symporteur trägt zwei verschiedene Ionen oder Moleküle, beide in die gleiche Richtung. Ein Antiporter trägt auch zwei verschiedene Ionen oder Moleküle, aber in verschiedene Richtungen. Alle diese Transporter können auch kleine, ungeladene organische Moleküle wie Glukose transportieren. Diese drei Arten von Trägerproteinen werden auch in der erleichterten Diffusion gefunden, benötigen jedoch kein ATP, um in diesem Prozess zu funktionieren. Einige Beispiele für Pumpen für den aktiven Transport sind Na+–K+ ATPase, die Natrium- und Kaliumionen trägt, und H+–K+ ATPase, die Wasserstoff- und Kaliumionen trägt. Beides sind Antiporter-Trägerproteine. Zwei weitere Trägerproteine ​​sind Ca2+ ATPase und H+ ATPase, die nur Calcium- bzw. nur Wasserstoffionen trägt. Beides sind Pumpen.

Primärer aktiver Transport

Der primäre aktive Transport, der mit dem aktiven Transport von Natrium und Kalium zusammenarbeitet, ermöglicht den sekundären aktiven Transport. Die zweite Transportmethode gilt noch immer als aktiv, da sie ebenso wie der Primärtransport vom Energieeinsatz abhängt (Abbildung 10).

Eine der wichtigsten Pumpen in tierischen Zellen ist die Natrium-Kalium-Pumpe (Na+-K+ ATPase), die den elektrochemischen Gradienten (und die korrekten Konzentrationen von Na+ und K+) in lebenden Zellen. Die Natrium-Kalium-Pumpe bewegt K+ in die Zelle, während gleichzeitig Na+ im Verhältnis von drei Na+ für alle zwei K+ Ionen sind eingezogen. Als Ergebnis dieses Prozesses ist einiges passiert. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich außerhalb der Zelle mehr Natriumionen als im Inneren und mehr Kaliumionen im Inneren als außerhalb. Für jeweils drei austretende Natriumionen wandern zwei Kaliumionen ein. Dies führt dazu, dass das Innere im Vergleich zum Äußeren etwas negativer ist. Dieser Ladungsunterschied ist wichtig, um die für den Sekundärprozess notwendigen Bedingungen zu schaffen. Die Natrium-Kalium-Pumpe ist daher eine elektrogene Pumpe (eine Pumpe, die ein Ladungsungleichgewicht erzeugt), ein elektrisches Ungleichgewicht über die Membran erzeugt und zum Membranpotential beiträgt.

Sekundärer aktiver Transport (Co-Transport)

Sekundärer aktiver Transport bringt Natriumionen und möglicherweise andere Verbindungen in die Zelle. Da sich aufgrund des primären aktiven Transportprozesses außerhalb der Plasmamembran Konzentrationen von Natriumionen aufbauen, wird ein elektrochemischer Gradient erzeugt. Wenn ein Kanalprotein vorhanden und offen ist, werden die Natriumionen durch die Membran gezogen. Diese Bewegung wird genutzt, um andere Stoffe, die sich an das Transportprotein anlagern können, durch die Membran zu transportieren (Abbildung 11). Viele Aminosäuren sowie Glukose gelangen auf diese Weise in eine Zelle. Dieser Sekundärprozess dient auch dazu, energiereiche Wasserstoffionen in den Mitochondrien pflanzlicher und tierischer Zellen für die Produktion von ATP zu speichern. Die potentielle Energie, die sich in den gespeicherten Wasserstoffionen ansammelt, wird in kinetische Energie übersetzt, wenn die Ionen durch die ATP-Synthase des Kanalproteins strömen, und diese Energie wird verwendet, um ADP in ATP umzuwandeln.

Übungsfrage

Ein elektrochemischer Gradient, der durch primären aktiven Transport erzeugt wird, kann andere Substanzen gegen ihren Konzentrationsgradienten bewegen, ein Prozess, der als Co-Transport oder sekundärer aktiver Transport bezeichnet wird.

[practice-area rows=”2″][/practice-area]
[reveal-answer q="483973″]Zeige die Antwort[/reveal-answer]
[hidden-answer a=”483973″]Eine Abnahme des pH-Wertes bedeutet eine Zunahme von positiv geladenem H+ Ionen und eine Zunahme des elektrischen Gradienten über die Membran. Der Transport von Aminosäuren in die Zelle wird zunehmen.[/hidden-answer]

Zusammenfassung: Aktiver Transport

Es wird Energie benötigt.

  • Primärer aktiver Transport (ATP ist die „treibende Kraft“).
  • Sekundärer aktiver Transport (die Energie wird durch einen elektrochemischen Gradienten bereitgestellt).

Membranen und Transport

Nachdem wir uns nun getrennt über den aktiven und passiven Transport informiert haben, lassen Sie uns beide Themen gemeinsam durchgehen. In diesem Video wird nicht nur untersucht, wie der Transport durch Membranen funktioniert, sondern auch die Gründe, warum Zellen selektiv permeabel sein müssen.

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Überprüfen Sie Ihr Verständnis

Beantworten Sie die Frage(n) unten, um zu sehen, wie gut Sie die im vorherigen Abschnitt behandelten Themen verstehen. Dieses kurze Quiz macht es nicht zählen zu Ihrer Note in der Klasse und Sie können sie unbegrenzt oft wiederholen.

Verwenden Sie dieses Quiz, um Ihr Verständnis zu überprüfen und zu entscheiden, ob Sie (1) den vorherigen Abschnitt weiter studieren oder (2) zum nächsten Abschnitt übergehen.


ATPase

ATPasen (EC 3.6.1.3, Adenylpyrophosphatase, ATP Monophosphatase, Triphosphatase, SV40 T-Antigen, Adenosin 5'-Triphosphatase, ATP Hydrolase, Komplex V (mitochondrialer Elektronentransport), (Ca 2+ + Mg 2+ )-ATPase, HCO3 − -ATPase, Adenosintriphosphatase) sind eine Klasse von Enzymen, die den Abbau von ATP in ADP und ein freies Phosphation [1] [2] [3] [4] [5] [6] oder die Umkehrreaktion katalysieren. Diese Dephosphorylierungsreaktion setzt Energie frei, die das Enzym (in den meisten Fällen) nutzt, um andere chemische Reaktionen anzutreiben, die sonst nicht ablaufen würden. Dieses Verfahren ist bei allen bekannten Lebensformen weit verbreitet.

Einige dieser Enzyme sind integrale Membranproteine ​​(die in biologischen Membranen verankert sind) und bewegen gelöste Stoffe durch die Membran, typischerweise gegen ihren Konzentrationsgradienten. Diese werden Transmembran-ATPasen genannt.


Schau das Video: Zellmembran - REMAKE (Juni 2022).


Bemerkungen:

  1. Bearn

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