Aktiv massetransport

Af aktiv massetransport er en form for transport af substrater gennem en biomembran. Aktiv transport foregår mod en koncentration eller ladningsgradient og foregår med energiforbrug. Ved mitokondriesygdom forstyrres denne proces.

Hvad er aktiv massetransport?

De phospholipid- og dobbeltlagede biomembraner adskiller individuelle cellerum fra hinanden i den menneskelige krop. På grund af deres membrankomponenter tager de forskellige biomembraner aktive roller i den selektive transport af stoffer. Som et adskillende lag mellem flere områder er biomembranen iboende uigennemtrængelig for størstedelen af ​​alle molekyler. Kun lipofile, mindre og hydrofobe molekyler diffunderer frit gennem lipid-dobbeltlaget. Denne type koordineret membranpermeabilitet er også kendt som selektiv permeabilitet.

De diffunderbare molekyler inkluderer for eksempel gas-, alkohol- og urinstofmolekyler.Ioner og andre biologisk aktive stoffer er for det meste hydrofile og holdes op af biomembranens barriere. Biomembranen har transportproteiner, så ioner, vand og større partikler som sukker kan diffundere. Du er aktivt involveret i transport af stoffer. Transport gennem en biomembran kaldes også membrantransport eller membranstrøm, hvis selve membranen skifter.

Biomembraner og deres selektive permeabilitet opretholder et specifikt cellemiljø inde i cellen, som fremmer interne funktionelle processer. En celle og dens rum kommunikerer med deres miljø og udfører selektiv udveksling af stoffer og partikler. Mekanismer som transport af aktivt stof tillader selektiv passage gennem membranerne på dette grundlag. Transport af aktivt stof skelnes fra passiv stoftransport og fra membranfortrængende stoftransport.

Funktion & opgave

Transport af stoffer gennem en biomembran foregår aktivt eller passivt. Med passiv transport passerer molekylerne gennem membranen i retning af en bestemt koncentration eller potentiel gradient uden at forbruge energi. Passiv transport er derfor en særlig form for diffusion. På denne måde kommer endnu større molekyler til den anden side af membranen ved hjælp af membrantransportproteiner.

I modsætning hertil er aktiv transport en transportproces, der bruger energi mod gradienten af ​​et biosystem. Forskellige molekyler kan transporteres selektivt gennem membranen mod den kemiske koncentrationsgradient eller den elektriske potentialgradient. Dette er især vigtigt for ladede partikler. Ud over ladningsaspekter er koncentrationsaspekter også relevante for deres energibalance. Reduktion af entropi i et lukket system fører til en stigning i koncentrationsgradienten. Dette forhold er lige så vigtigt for energibalancen som ladetransporten mod det elektriske felt eller hvilemembranpotentialet.

Selvom det drejer sig om en ladning eller energibalance i systemet, skal partikelkoncentrationen og dens ændring overvejes separat på grund af den selektivt permeable biomembran. Energi til aktiv transport stilles til rådighed på den ene side som kemisk bindende energi, for eksempel i form af hydrolyse af ATP. På den anden side kan reduktionen af ​​ladningsgradienten fungere som en drivkraft og således generere elektrisk energi. Den tredje mulighed for energiforsyning er resultatet af en stigning i entropien, der er til stede i det respektive kommunikationssystem og dermed fra reduktionen af ​​en anden koncentrationsgradient. En transport mod den elektriske gradient kaldes elektrogen. Afhængig af energikilden og typen af ​​arbejde sondres der mellem primær, sekundær og tertiær aktiv transport. Gruppetranslokation er en speciel form for aktiv transport.

Primært aktiv transport sker, når ATP forbruges, ved hjælp af hvilke uorganiske ioner og protoner udføres fra cellen ved at transportere ATPaser gennem en biomembran. En ion pumpes for eksempel fra den lavere koncentrerede til den højere koncentrerede side ved hjælp af en ionpumpe.

Natrium-kaliumpumpen er den primære anvendelse af denne proces i den menneskelige krop. Mens ATP indtages, pumpes det positivt ladede natriumioner og samtidig positivt ladede kaliumioner ind i en celle. Neurons hvilepotentiale forbliver således konstant, og handlingspotentialer kan genereres og videreføres.

Med sekundær aktiv transport transporteres partikler langs den elektrokemiske gradient. Gradientens potentielle energi bruges som et drev til at transportere et andet underlag i samme retning mod den elektriske gradient eller koncentrationsgradient. Denne aktive transport spiller en rolle især for natriumglukosesymporten i tyndtarmen. Hvis det andet underlag transporteres i den modsatte retning, kan der også være aktiv sekundær massetransport, for eksempel i tilfælde af natrium-calcium-antiport ved anvendelse af en natrium-calcium-veksler.

Tertiær aktiv transport bruger en koncentrationsgradient, der er fastlagt ved sekundær aktiv transport baseret på primært aktiv transport. Denne type transport spiller en rolle primært for di- og tripeptidtransporten i tyndtarmen, der udføres af peptidtransportøren 1. Gruppetranslokationen transporterer monosaccharider eller sukkeralkoholer som en speciel form for aktivt stoftransport og ændrer transportstoffer kemisk gennem fosforylering. Phosfoenolpyruvinsyre-phosphotransferase-systemet er det vigtigste eksempel på denne transportform.

Sygdomme og lidelser

Både energimetabolisme og specielle transporterenzymer og transporterproteiner spiller en rolle i den aktive transport af stoffer. Hvis de pågældende transporterproteiner eller enzymer ikke er til stede i deres oprindeligt fysiologisk planlagte form på grund af mutationer eller fejl i transkriptionen af ​​det genetiske materiale, er den aktive transport af stoffer kun vanskeligere eller i ekstreme tilfælde overhovedet ikke mulig.

For eksempel er nogle sygdomme i tyndtarmen forbundet med dette fænomen. Sygdomme med nedsat ATP-forsyning kan også have ødelæggende virkninger på den aktive transport af stoffer og forårsage funktionsforstyrrelser i forskellige organer. Kun i nogle få tilfælde af sådanne sygdomme påvirkes kun et enkelt organ. Forstyrrelser med energimetabolisme er normalt sygdomme med flere organer, der ofte har et genetisk grundlag.

I alle mitokondriske sygdomme påvirkes f.eks. Enzymsystemet, som er involveret i produktionen af ​​energi gennem oxidativ fosforylering. Disse lidelser inkluderer især forstyrrelse af ATP-syntase. Dette enzym er et af de vigtigste transmembranproteiner og vises for eksempel som et transportenzym i protonpumpen. Enzymets vigtigste opgave er at katalysere syntesen af ​​ATP. For at tilvejebringe energi forbinder ATP-syntaserne den energisk foretrukne transport af protoner med dannelsen af ​​ATP langs protongradienten. Dette gør ATP-syntase til en af ​​de vigtigste energiomformere i den menneskelige krop og kan omdanne en form for energi til andre former for energi. Mitokondriske sygdomme er funktionsfejl i de mitokondriske metaboliske processer og fører til en reduceret ydelse af kroppen på grund af den reducerede syntese af ATP.