Aktiven Transport Definition, Prozess, Typen and Symport-Pumpen

Aktiven Transport Definition

Aktiver Transport ist der Prozess der Übertragung von Substanzen in, aus und zwischen Zellen unter Verwendung von Energie. In einigen Fällen kann die Bewegung von Substanzen durch passiven Transport erreicht werden, der keine Energie verbraucht. Die Zelle muss jedoch häufig Materialien gegen ihren Konzentrationsgradienten transportieren. In diesen Fällen ist ein aktiver Transport erforderlich.

Prozess des aktiven Transports

Aktiver Transport erfordert Energie, um Substanzen von einer niedrigen Konzentration dieser Substanz zu einer hohen Konzentration dieser Substanz zu bewegen, im Gegensatz zum Prozess der Osmose. Aktiver Transport wird am häufigsten durch ein Transportprotein erreicht, das eine Formänderung erfährt, wenn es an den „Brennstoff“ der Zelle, ein Molekül namens Adenosintriphosphat (ATP), bindet.

Beispielsweise bindet eine Art von aktivem Transportkanal in der Zellmembran an das Molekül, das sie transportieren soll – wie beispielsweise ein Natriumion – und hält daran fest, bis ein ATP-Molekül vorbeikommt und an das Protein bindet. Die in ATP gespeicherte Energie ermöglicht es dem Kanal dann, seine Form zu ändern und das Natriumion auf der gegenüberliegenden Seite der Zellmembran auszuspucken. Diese Art des aktiven Transports verwendet direkt ATP und wird als “primärer” aktiver Transport bezeichnet.

Eine andere Art des aktiven Transports ist der “sekundäre” aktive Transport. Bei dieser Art des aktiven Transports verwendet die Proteinpumpe nicht ATP selbst, aber die Zelle muss ATP verwenden, um ihre Funktion aufrechtzuerhalten. Dies wird im Abschnitt über Symport-Pumpen weiter unten näher erläutert.

Schließlich kann ein aktiver Transport durch Prozesse erreicht werden, die als Endozytose und Exozytose bezeichnet werden. Bei der Exozytose bewegt eine Zelle etwas in großen Mengen außerhalb von sich selbst, indem sie es in eine Membran einwickelt, die als Vesikel bezeichnet wird, und das Vesikel „ausspuckt“. Bei der Endozytose „frisst“ eine Zelle etwas, indem sie ihre Membran um die Substanz oder den Gegenstand wickelt und neu formt.

Arten des aktiven Transports

Antiportpumpen

Antiportpumpen sind eine Art Transmembran-Co-Transporter-Protein. Sie pumpen eine Substanz in eine Richtung, während sie eine andere Substanz in die entgegengesetzte Richtung transportieren. Diese Pumpen sind äußerst effizient, da viele von ihnen ein ATP-Molekül verwenden können, um diese beiden unterschiedlichen Aufgaben zu befeuern.

Ein wichtiger Typ einer Antiportpumpe ist die Natrium-Kalium-Pumpe, auf die unter „Beispiele für aktiven Transport“ näher eingegangen wird.

Symport-Pumpen

Symport-Pumpen nutzen Diffusionsgradienten, um Substanzen zu bewegen. Diffusionsgradienten sind Konzentrationsunterschiede, die dazu führen, dass sich Substanzen auf natürliche Weise von Bereichen mit hoher zu niedriger Konzentration bewegen.

Im Fall einer Symportpumpe wird eine Substanz, die sich von einem Bereich hoher Konzentration zu einer niedrigen Konzentration in ihrem Konzentrationsgradienten “bewegen” will, verwendet, um eine andere Substanz gegen ihren Konzentrationsgradienten “zu tragen”.

Ein Beispiel für eine Symport-Pumpe – das des Natrium-Glucose-Transportproteins – wird nachstehend unter „Beispiele für aktiven Transport“ erläutert.

Endozytose

Bei der dritten Art des aktiven Transports können große Gegenstände oder große Mengen extrazellulärer Flüssigkeit durch den Prozess der Endozytose in eine Zelle aufgenommen werden.

Bei der Endozytose verwendet die Zelle Proteine ​​in ihrer Membran, um die Membran in die Form einer Tasche zu falten. Diese Tasche bildet sich um den Inhalt, der in die Zelle gebracht werden soll. Die Tasche wächst, bis sie eingeklemmt wird, bildet die Zellmembran um sie herum neu und fängt die Tasche und ihren Inhalt in der Zelle ein. Diese Membrantaschen, die Materialien innerhalb oder zwischen Zellen tragen, werden als “Vesikel” bezeichnet.

Die Faltung der Zellmembran erfolgt nach einem ähnlichen Mechanismus wie der Antiport-Transport von Kalium- und Natriumionen. ATP-Moleküle binden an Proteine ​​in der Zellmembran und bewirken, dass sie ihre Form ändern. Die Konformationsänderungen vieler Proteine ​​zusammen verändern die Form der Zellmembran, bis ein Vesikel entsteht.

Bei der Rezeptor-vermittelten Endozytose erkennt der Rezeptor einer Zelle möglicherweise ein bestimmtes Molekül, das die Zelle „aufnehmen“ möchte, und bildet ein Vesikel um den Bereich, in dem sie das Molekül erkennt. Bei anderen Arten der Endozytose stützt sich die Zelle auf andere Hinweise, um ein bestimmtes Molekül zu erkennen und zu verschlingen.

Exozytose

Exozytose ist das Gegenteil von Endozytose. Bei der Exozytose erzeugt die Zelle ein Vesikel, um etwas in der Zelle einzuschließen, um es außerhalb der Zelle über die Membran zu bewegen. Dies tritt am häufigsten auf, wenn eine Zelle ein wichtiges Produkt „exportieren“ möchte, z. B. Zellen, die Enzyme und Hormone synthetisieren und exportieren, die im gesamten Körper benötigt werden.

In eukaryotischen Zellen werden Proteinprodukte im endoplasmatischen Retikulum hergestellt. Sie werden häufig vom endoplasmatischen Retikulum in Vesikel verpackt und an den Golgi-Apparat gesendet.

Der Golgi-Apparat kann als zellulares „Postamt“ betrachtet werden. Es empfängt Pakete vom endoplasmatischen Retikulum, verarbeitet sie und “adressiert” sie durch Hinzufügen von Molekülen, die von Rezeptoren auf der Membran der Zelle erkannt werden, die das Produkt erhalten soll.

Der Golgi-Apparat verpackt dann die fertigen „adressierten“ Produkte in eigene Vesikel. Diese Vesikel bewegen sich in Richtung der Zellmembran, docken an und verschmelzen mit dieser, wodurch die Vesikelmembran Teil der Zellmembran wird. Der Inhalt des Vesikels wird dann in den extrazellulären Raum verschüttet.

Beispiele für aktiven Transport

Natrium-Kalium-Pumpe

Eines der wichtigsten aktiven Transportproteine bei Tieren ist die Natrium-Kalium-Pumpe. Als Tiere funktioniert unser Nervensystem, indem es einen Unterschied in der Ionenkonzentration zwischen dem Inneren und dem Äußeren von Nervenzellen aufrechterhält.

Es ist dieser Gradient, der es unseren Nervenzellen ermöglicht, zu feuern und Muskelkontraktionen, Empfindungen und sogar Gedanken zu erzeugen. Sogar unser Herzmuskel ist auf diese Ionengradienten angewiesen, um sich zusammenzuziehen!

Die Fähigkeit der Natrium-Kalium-Pumpe, Kalium in Zellen zu transportieren, während Natrium aus Zellen transportiert wird, ist so wichtig, dass Schätzungen zufolge insgesamt 20-25% der gesamten Energie, die wir aus Lebensmitteln erhalten, nur für diese eine Aufgabe aufgewendet werden! In Neuronen wird ein Großteil der Energie der Zelle für den Antrieb von Natrium-Kalium-Pumpen verwendet.

Das mag nach viel Energie klingen, ist aber eine wichtige und monumentale Aufgabe. Es ist diese Pumpe, die es uns ermöglicht, uns zu bewegen, zu denken, Blut durch unseren Körper zu pumpen und die Welt um uns herum wahrzunehmen.

Natrium-Glukose-Transportprotein

Ein berühmtes Beispiel für eine Symportpumpe ist das Natrium-Glucose-Transportprotein. Dieses Protein bindet an zwei Natriumionen, die sich in die Zelle „bewegen“ wollen, und an ein Glukosemolekül, das sich „außerhalb“ der Zelle halten möchte. Es stellt eine wichtige Methode des Zuckertransports im Körper dar, die zur Bereitstellung von Energie für die Zellatmung erforderlich ist.

Die natürliche Diffusion von Natriumionen innerhalb der Zelle erleichtert die Bewegung von Glukose in die Zelle. Glucose kann mit Natrium in die Zelle transportiert werden, ohne dass das Transportprotein ATP verbraucht. ATP muss jedoch von der Natrium-Kalium-Pumpe an anderer Stelle in der Zelle verwendet werden, um den Natriumgradienten an Ort und Stelle zu halten. Ohne den Natriumgradienten könnte der Natrium-Glucose-Transport nicht funktionieren.

Weiße Blutkörperchen zerstören Krankheitserreger

Ein wichtiges Beispiel für Endozytose ist der Prozess, bei dem weiße Blutkörperchen Krankheitserreger „fressen“. Wenn weiße Blutkörperchen einen Fremdkörper im Körper erkennen, beispielsweise ein Bakterium, falten sie ihre Zellmembran um ihn herum, um ihn in ihr Zytoplasma aufzunehmen.

Anschließend verschmelzen sie das Vesikel, das den Eindringling enthält, mit einem Lysosom – einem Vesikel, das starke Chemikalien und Enzyme enthält, die organische Stoffe abbauen und verdauen können. Sie haben im Wesentlichen gerade einen zellulären „Magen“ geschaffen, um den Eindringling zu „verdauen“!

Was ist der Unterschied zwischen aktivem und passivem Transport?

Der aktive Transport bewegt Substanzen von einem Bereich niedrigerer Konzentration zu einer höheren Konzentration, d. H. Gegen den Konzentrationsgradienten. Für diesen Prozess besteht ein Energiebedarf, da er ohne aktive Kräfte nicht auf natürliche Weise auftritt.

Im Gegensatz dazu erfolgt der passive Transport auf natürliche Weise, da Substanzen in Abwesenheit von Energie einen Konzentrationsgradienten hinunterbewegen. Daher ist der Hauptunterschied zwischen aktivem und passivem Transport der Energiebedarf.

Aktiven Transport Definition, Prozess, Typen and Symport-Pumpen

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