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Aktiver Transport

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Biologie

Für den Körper ist es lebenswichtig, dass Stoffe und Ionen schnell von einer Stelle des Körpers an eine andere gelangen. Erst so ist es möglich, zu funktionieren, Reize wahrzunehmen und diese zu verarbeiten. Damit diese Stoffe von Zelle zu Zelle gelangen können, gibt es verschiedene Wege, diese zu transportieren. Einer davon ist der aktive Transport.

Aktiver Transport Definition

Unter dem aktiven Transport versteht man einen ablaufenden Transport, der unter Energieverbrauch und entgegen des Konzentrations- oder elektrischen Gradienten abläuft.

Aktiver Transport Bedeutung

Bestimmt hast Du Dich auch schon mit dem passiven Transport beschäftigt. Beim aktiven Transport läuft das alles jedoch ein wenig anders ab. Unter Aufwendung von Energie (aktiver Transport) ist es Carrier Proteinen und ATPasen möglich, Moleküle und Ionen auch aktiv entgegen ihres elektrochemischen Gradienten über die Membran zu befördern. Das ist für viele menschliche Prozesse unabdingbar notwendig und sichert das Überleben.

Für den aktiven Transport ist es auch vorteilhaft, wenn Du Dir noch mal ein paar Grundkenntnisse der Chemie anschaust, wie der chemische Gradient oder das Aufstellen von Gleichungen zum Beispiel.

Abbildung 1: Passiver und aktiver Transport

Transportarten des aktiven Transports

Jedes Protein und Enzym, welches aktiv am Stoffaustausch beteiligt ist, ist einzigartig und auf besondere Moleküle und Ionen spezifiziert. Sie unterscheiden sich auch im Aufbau, beziehungsweise in der Art, wie sie aktiv die Moleküle auf die andere Seite der Membran befördern. Das ist grundlegend für den aktiven Transport.

Wenn Du genauer wissen willst, wie diese aktiven Transportarten funktionieren, schau Dir doch unseren Artikel zu Carrier Proteinen an.

Man unterscheidet zwischen drei Arten der Transportweise für den aktiven Transport:

Uniport-Transport

Proteine, die einen Uniport besitzen, können maximal ein Molekül gleichzeitig an sich binden, um es aktiv in den intra- beziehungsweise extrazellulären Raum der Zellmembran zu transportieren.

Symport-Transport

Beim Symport ist das Protein in der Lage, zwei Moleküle zur selben Zeit aktiv über die Biomembran zu befördern. Dabei werden beide Moleküle jedoch immer in dieselbe Richtung (also entweder beide in den intrazellulären, oder beide in den extrazellulären Raum der Membran) geschleust.

Antiport-Transport

Der Antiport funktioniert so wie der Symport. Der einzige Unterschied besteht jedoch darin, dass die beiden Moleküle nun immer in zwei verschiedene Richtungen der Membran aktiv transportiert werden (ein Molekül in den Intrazellularraum, das andere Molekül in den Extrazellularraum).

Arten der Energieaufwendung für den aktiven Transport

Damit ein Transport aktiv abläuft, muss genug Energie in der Umgebung vorhanden sein, auf welche Carrier Proteine und ATPasen zurückgreifen können. Diese Energie muss zuerst generiert werden, wobei es erneut 3 besonders häufig vorkommende Methoden gibt, die den aktiven Transport so ermöglichen.

ATP-Hydrolyse

Bei der ATP-Hydrolyse wird das in den Mitochondrien hergestellte Adenosintriphosphat, kurz ATP, hydrolysiert, was bedeutet, dass es einen Phosphatrest "abwirft" und somit gleichzeitig auch eine Energiefreisetzung herrscht. Die ATP-Hydrolyse ist eng mit der Chemie verbunden, wie allgemein das gesamte Thema des Stofftransports, wenn man beispielsweise an den elektrochemischen Gradienten denkt.

Hier siehst Du die chemische Formel für den Prozess:

Hydrolyse: Begriff aus der Chemie, bei welcher chemische Verbindungen durch Wasser gespaltet werden. Meist wirkt auch ein Katalysator, also Beschleuniger des Prozesses, mit.

Auch wenn das für Dich eventuell zuerst etwas kompliziert wirkt, ist das mit den Formeln in der Chemie ganz einfach. Bei dieser Formel musst Du auch nichts weiter ausgleichen. Merke Dir einfach nur, dass Adenosintriphosphat unter Abspaltung eines Phosphatrests zu Adenosindiphosphat wird, wobei ebenso Energie freigesetzt wird. Durch die Hydrolyse ist nun Energie freigesetzt worden, welche nutzbar ist. In den Mitochondrien wird danach ein weiteres Adenosintriphosphat synthetisiert. Diese Energie wird nun für den Transport genutzt.

Abbau eines Ladungsgradienten

Die elektrische Kraft, die durch den Abbau des Ladungsunterschieds freigesetzt wird, wird von den Carrier Proteinen genutzt, um die Moleküle aktiv über die Biomembran zu befördern.

Abbau eines Konzentrationsgradienten

Durch Erhöhung der Entropie wird ebenfalls Energie freigesetzt, welche dann von Carrier Proteinen zum aktiven Transport von Molekülen über die Membran verwendet wird.

Entropie: Ein Wort aus der Chemie, welches die Veränderung der Anordnungsmöglichkeit von Teilchen beschreibt.

Die drei Arten des Transports

Auch der aktive Transport an der Biomembran kann in drei verschiedene Arten des Transports eingeteilt werden. Diese aktiven Arten bauen alle aufeinander auf und klingen im ersten Moment eventuell ein wenig kompliziert. Aber einfach gesagt schleusen sie alle durch aktiven Transport die Moleküle zur anderen Seite der Zellmembran.

Primär aktiver Transport

Während ATP, also Adenosintriphosphat hydrolysiert wird, werden Ionen und Moleküle aktiv aus oder in die Zelle gepumpt. Dabei nutzen die Proteine und Enzyme entweder den aktiven Uni-, Sym-, oder Antiport. Dies wird dann als primär aktiver Transport bezeichnet.

Die Natrium-Kalium-Pumpe, welche für das Aufrechterhalten des Ruhepotentials zuständig ist, ist das bekannteste Beispiel für einen primär aktiven Transport. Sie ist ein sogenanntes Carrier-Protein, welches in diesem Fall aktiv arbeitet.

Sekundär aktiver Transport

Beim sekundär aktiven Transport wird die Energie, anders als beim primär aktiven Transport, indirekt genutzt. Unter Verbrauch von Energie wurde zuerst ein Konzentrationsgradient aufgebaut, der nun aktiv von den Carrier Proteinen und ATPasen genutzt wird, um Moleküle aktiv entlang des Gradienten diffundieren zu lassen. Hier wird also nicht direkt Energie für den Transport aufgebracht.

Durch die Natrium-Kalium-Pumpe entsteht zusätzlich ein Konzentrationsgradient. Dieser Konzentrationsgradient ermöglicht es Glucose, oder bestimmte Aminosäuren ohne zusätzliche Energieaufwendung aktiv durch Carrier Proteine in die Zelle zu diffundieren.

Abbildung 2: Natrium-Kalium-Pumpe (links) während des Ruhepotentials

Tertiär aktiver Transport

Der tertiär aktive Transport funktioniert so wie der sekundär aktive Transport. Der einzige Unterschied besteht darin, dass der tertiär aktive Transport auf dem Gradienten des sekundär aktiven Transport aufbaut, und nicht auf dem des primär aktiven Transports. Du musst also praktisch nur "einen Schritt weiter" denken.

Der Peptidtransporter 1 ist ein Beispiel für einen tertiär aktiven Transport. Durch die aktive Natrium-Kalium-ATPase wird ein Natrium-Gradient erzeugt (primärer aktiver Transport), woraufhin ein aktiver Natrium-Wasserstoff-Antiport einen Konzentrationsgradienten von Protonen erschafft (sekundärer aktiver Transport). Dies nutzt dann der Peptidtransporter aus, um Di- und Tripeptide durch aktiven Transport aus der Darmflora zu resorbieren.

Endozytose und Exozytose

Endozytose und Exozytose sind ebenfalls zwei aktive Transportvorgänge.

Für diese beiden Arten des aktiven Transports werden jedoch noch zwei jeweils eigene Artikel angelegt, bei denen Du Dich dann genauer über Endozytose und Exozytose informieren kannst.

Der Unterschied aktiver und passiver Transport

Unterscheidung zwischen aktiven und passiven Transport:

Aktiver TransportPassiver Transport
Wird ATP verbraucht?Ja, zum Beispiel durch ATP-HydrolyseNein
Welche Proteine und Enzyme sind beteiligt?Carrier-Proteine, ATPasenCarrier-Proteine, Kanalproteine, Aquaporine
Ist der Transport mehrstufig?Ja: primär aktiv, sekundär aktiv, tertiär aktivNein
BeispielNatrium-Kalium-Pumpe, Peptidtransporter 1Aquaporine, spannungsgesteuerter Natriumionenkanal

Aktiver Transport - Das Wichtigste

  • Aktiver Transport an der Biomembran verbraucht Energie.
  • Die aktiven Proteine und Enzyme (Carrier-Protein und ATPase) besitzen entweder einen Uni-, Sym- oder Antiport, um die Moleküle zu schleusen.
  • Um Energie zu gewinnen, kann man: ATP hydrolysieren, einen Ladungsgradienten abbauen oder einen Konzentrationsgradienten abbauen.
  • Der primär aktive Transport nutzt die Energie direkt zum aktiven Transportieren der Moleküle.
  • Der sekundär aktive Transport nutzt einen Konzentrationsgradienten des primären Transports zum aktiven Transport.
  • Der tertiäre aktive Transport nutzt einen Gradienten des sekundären aktiven Transports.
  • Aktiver und passiver Transport unterscheiden sich unter anderem in den beteiligten Proteinen, dem ATP-Verbrauch und der Mehrstufigkeit des Transports.

Aktiver Transport

Unter dem aktiven Transport versteht man einen ablaufenden Transport, der unter Energieverbrauch und entgegen des Konzentrations- oder elektrischen Gradienten abläuft.

Aktiver Transport beschreibt das Transportieren entgegen des elektrochemischen Gradienten. Passiver Transport ist der Transport entlang des Stroms, also entlang des elektrochemischen Gradienten.

Unter Aufwendung von Energie (aktiver Transport) ist es Carrier Proteinen und ATPasen möglich, Moleküle und Ionen auch aktiv entgegen ihres elektrochemischen Gradienten über die Membran zu befördern.

Der aktive Transport macht es möglich, unter Aufwendung von (ATP-) Energie, stets für ausgeglichene Menge an Ionen und Moleküle in der Zelle zu sorgen. 

Finales Aktiver Transport Quiz

Frage

Wofür sorgt der Selektionsfilter? 

Antwort anzeigen

Antwort

Er ist dafür zuständig, dass nur bestimmte Ionen und Moleküle diesen bestimmten Kanal betreten können. 

Frage anzeigen

Frage

Kanalproteine bestehen aus...? 

Antwort anzeigen

Antwort

mehreren helixförmig angelegten Polypeptidketten, welche aus Aminosäuren bestehen 

Frage anzeigen

Frage

Welche Moleküle müssen kein Kanalprotein nutzen, um die Membran zu passieren? 

Antwort anzeigen

Antwort

lipophile Moleküle wie Kohlenstoff 

Frage anzeigen

Frage

Wann öffnet sich der ligandengesteurte Ionenkanal? 

Antwort anzeigen

Antwort

Wenn ein Aktionspotential ausgelöst wird

Frage anzeigen

Frage

Die Ionen und Moleküle im Kanalprotein werden durch eine ... geleitet: 

Antwort anzeigen

Antwort

Kohlenstoffschicht

Frage anzeigen

Frage

Kanalproteine nutzen ATP 

Antwort anzeigen

Antwort

falsch

Frage anzeigen

Frage

Wann öffnet sich der spannungsgesteuerte Ionenkanal? 

Antwort anzeigen

Antwort

Wenn Ionen in die Zelle gelangen wollen

Frage anzeigen

Frage

Im Inneren des Kanalproteins sind die Aminosäuren:

Antwort anzeigen

Antwort

hydrophob

Frage anzeigen

Frage

Dass Kanalproteine Moleküle und Ionen von einer Seite der Membran zur anderen diffundieren lassen nennt man auch: 

Antwort anzeigen

Antwort

erleichterte Diffusion

Frage anzeigen

Frage

Kanalproteine befinden sich in der/dem...? 

Antwort anzeigen

Antwort

Cytoplasma

Frage anzeigen

Frage

Die Unterschiede zwischen Carrier und Kanalprotein sind: 

Antwort anzeigen

Antwort

Kanalprotein:    

  •     Ohne Verbrauch von ATP    

  • Diffusion nur entlang des Gradienten möglich

        
  • Schnellere Übertragung der Moleküle pro Sekunde

        

Carrier-Protein:

  •     kann ATP nutzen 

  •     Diffusion auch entgegen des Gradienten 

  •     langsamere Übertragung

Frage anzeigen

Frage

Wie kann man Kanalproteine noch nennen? 

Antwort anzeigen

Antwort

  • Transmembranprotein
  • Tunnelprotein
Frage anzeigen

Frage

Kanalproteine sind dauerhaft einsatzfähig. 

Antwort anzeigen

Antwort

Ja: Sie besitzen keine Refraktärzeit, so wie das Aktionspotential

Frage anzeigen

Frage

Aus was besteht der elektrochemische Gradient?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Konzentrationsgradienten  
  •     chemischen Gradienten

  •     Potentialdifferenz (elektrischer Gradient)

Frage anzeigen

Frage

Aquaporine sind für die Leitung von ... zuständig 

Antwort anzeigen

Antwort

Kohlenstoff

Frage anzeigen

Frage

Carrierproteine sind in der Lage wie zu transportieren?

Antwort anzeigen

Antwort

passiv

Frage anzeigen

Frage

Carrier-Proteine können entgegen des elektrochemischen Gradienten Moleküle befördern.

Antwort anzeigen

Antwort

Ja, auch bei dem passiven Transport

Frage anzeigen

Frage

Carrier Proteine bestehen aus...?

Antwort anzeigen

Antwort

Aminosäuren

Frage anzeigen

Frage

Kann jedes Carrier-Protein kann jede Art von Molekül transportieren?

Antwort anzeigen

Antwort

Nein. Carrier Proteine sind stark spezialisiert und arbeiten nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip.

Frage anzeigen

Frage

Was besagt das Schlüssel-Schloss-Prinzip?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Funktion von mehreren zueinander komplementären Strukturen, die nur bei Aneinanderbindung biochemische Prozesse durchführen können.

Frage anzeigen

Frage

Was ist der Uniport?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Carrier Protein mit einem Uniport kann nur ein Molekül gleichzeitig von einer Seite auf die andere befördern.

Frage anzeigen

Frage

Was ist der Symport?

Antwort anzeigen

Antwort

Beim Symport werden zwei Moleküle gleichzeitg in die selbe Richtung geschleust.

Frage anzeigen

Frage

Was ist der Antiport?

Antwort anzeigen

Antwort

Beim Antiport werden zwei Moleküle zwar gleichzeitg, jedoch in unterschiedliche Richtungen befördert.

Frage anzeigen

Frage

Was besagt die Konformationsänderung?

Antwort anzeigen

Antwort

Bei der Konformationsänderung ändert sich die Bindungsanordnung der Bindestelle, was dazu führt, dass das Molekül durch die Membran geschleust wird.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Beispiel für passiven Transport durch Carrier Proteine?

Antwort anzeigen

Antwort

Glucosetransporter

Frage anzeigen

Frage

Nenne drei Methoden um ATP zu gewinnen:

Antwort anzeigen

Antwort

ATP-Hydrolyse, Abbau eines Konzentraionsgefälles, Abbau eines Ladungsgradienten

Frage anzeigen

Frage

Welche Form der Energiegewinnung nutzt die Natrium-Kalium-Pumpe?

Antwort anzeigen

Antwort

ATP-Hydrolyse.

Frage anzeigen

Frage

Man unterscheidet zwischen welchen Arten von aktiven Transport?

Antwort anzeigen

Antwort

primär und sekundär aktiver Transport.

Frage anzeigen

Frage

Wie funktioniert der sekundär aktive Transport?

Antwort anzeigen

Antwort

Beim sekundär aktiven Transport wird ein Teilchen entlang eines elektrochemischen Gradienten transportiert. Die dabei gespeicherte Energie kann nun genutzt werden, um gleichzeitig ein anderes Teilchen zu befördern.

Frage anzeigen

Frage

Wie funktioniert der primär aktive Transport?

Antwort anzeigen

Antwort

Unter Verbrauch von ATP, also Adenintriphosphat, werden Protonen und anorganische Ionen aus der Biomembran gepumpt. Durch die Ionenpumpe wird ein Ion auf die Seite gepumpt, auf welcher sich bereits eine höhere Konzentration dieser Ionen befindet.

Frage anzeigen

Frage

Der aktive Transport nutzt...:

Antwort anzeigen

Antwort

ATP

Frage anzeigen

Frage

Findet der aktive Transport entlang oder entgegen des Gradienten statt?

Antwort anzeigen

Antwort

entgegen

Frage anzeigen

Frage

Welche drei Arten des Transports existieren?

Antwort anzeigen

Antwort

  •  Uniport: ein Molekül wird transportiert
  •  Symport: zwei Moleküle werden in die gleiche Richtung transportiert
  •  Antiport: zwei Moleküle werden in verschiedene Richtungen geschleust
Frage anzeigen

Frage

Welche Proteine und Enzyme sind am aktiven Transport beteiligt?

Antwort anzeigen

Antwort

Carrier Proteine und ATPasen 

Frage anzeigen

Frage

Nenne zwei Methoden zur Energiegewinnung

Antwort anzeigen

Antwort

Abbau eines Ladungsgradienten

Abbau eines Konzentrationsgradienten

Frage anzeigen

Frage

Erkläre den primären Transport:

Antwort anzeigen

Antwort

  •  primärer Transport: ATP wird genutzt um Moleküle auf die andere Seite der Biomembran zu pumpen
Frage anzeigen

Frage

Erkläre den sekundären Transport:

Antwort anzeigen

Antwort

  •  sekundärer Transport: nutzt Konzentrationsgradienten der vom primären Transport aufgebaut worden ist
Frage anzeigen

Frage

Erkläre den tertiären Transport:

Antwort anzeigen

Antwort

  •  tertiärer Transport: nutzt Konzentrationsgradienten der vom sekundären Transport aufgebaut worden ist
Frage anzeigen

Frage

Nenne ein Beispiel für den primär aktiven Transport:

Antwort anzeigen

Antwort

Natrium-Kalium-Pumpe

Frage anzeigen

Frage

Nenne ein Beispiel für den tertiär aktiven Transport

Antwort anzeigen

Antwort

Der Peptidtransporter 1

Frage anzeigen

Frage

Nenne zwei Unterschiede zwischen passivem und aktivem Transport:

Antwort anzeigen

Antwort

  • ATP-Verbrauch
  • Beteiligung der Proteine
Frage anzeigen

Frage

Wie viele Stufen besitzt der aktive Transport?

Antwort anzeigen

Antwort

1

Frage anzeigen

Frage

Wie hießt ATP nachdem es hydrolisiert worden ist?

Antwort anzeigen

Antwort

Adenosintriphosphat

Frage anzeigen

Frage

mit welchem Substrat arbeitet das Enzym ATPase?

Antwort anzeigen

Antwort

Adenosintriphosphat

Frage anzeigen
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