Login Anmelden

Select your language

Suggested languages for you:
StudySmarter - Die all-in-one Lernapp.
4.8 • +11k Ratings
Mehr als 5 Millionen Downloads
Free
|
|

Aktiver Transport

Aktiver Transport

Dir wurde aufgetragen, Deiner Großmutter Mittagessen zu bringen. Du steigst auf Dein Fahrrad und machst Dich auf den Weg. Zum Haus Deiner Großmutter geht es bergab. Auf dem Weg musst Du keine Energie verwenden, um voran zukommen. Nach dem gemeinsamen Mittagsessen geht es zurück nach Hause. Zum Dank bekommst Du ein Stück Kuchen mitgegeben. Diesmal geht es bergauf und Du musst ordentlich in die Pedale treten, damit Du Zuhause ankommst.

Auf dem Hinweg hast Du das Mittagsessen ohne Aufwand von Energie transportiert, auf dem Rückweg hingegen musstest Du Energie aufwenden, um das Stück Kuchen nachhause zu bringen. In Zellen gibt es vergleichbare Prinzipen des Transports. Wenn für einen Stofftransport zusätzliche Energie bereitgestellt werden muss, spricht man von einem aktiven Transport.

Aktiver Transport Definition

Einzelne Zellen und Zellorganellen sind in Lebewesen durch Biomembranen von ihrem Umfeld abgegrenzt. Für den Stoffaustausch und die Kommunikation zwischen Zellen und ihrem Umfeld ist ein Stofftransport über die Biomembran unerlässlich.

Findet der Stofftransport hierbei entgegen des Konzentrationsgradienten bzw. entgegen des elektrochemischen Gradienten unter Breitstellung von Energie statt, handelt es sich um einen aktiven Transport.

Aktiver Transport beschreibt den Stofftransport durch eine Biomembran unter Bereitstellung und Verbrauch von Energie. Aktiver Transport ermöglicht den Transport von Molekülen entgegen des Konzentrationsgradienten bzw. den Transport von geladenen Ionen entgegen des elektrochemischen Gradienten.

Ein Transport entgegen des Konzentrationsgradienten entspricht einer Molekülbewegung vom Ort niedriger Konzentration zum Ort höherer Konzentration.

Der aktive Stofftransport durch Biomembran kann nur mithilfe von Transportproteinen, welche in der Biomembran eingelagert sind, stattfinden. Hierbei handelt es sich um sogenannte Carrierproteine.

Bei geladenen Ionen spielt neben dem Konzentrationsgradienten auch der elektrische Gradient eine Rolle. Der elektrische Gradient sorgt dafür, dass positiv geladene Teilchen eine Bewegung zur negativen Ladung anstreben und sich negativ geladene Teilchen zur positiven Ladung bewegen.

Der sogenannte elektrochemische Gradient von Ionen ergibt sich aus dem Konzentrationsgradienten und dem elektrischen Gradienten. Für einen Transport entgegen des elektrischen Gradienten wird ein aktiver Transport benötigt.

Unterschied aktiver und passiver Transport

Der passive Stofftransport steht dem aktiven Transport gegenüber. Für den passiven Transport durch eine Biomembran wird keine zusätzliche Energie benötigt. Passiver Transport von Molekülen erfolgt entlang des Konzentrationsgradienten bzw. des elektrochemischen Gradienten. Passiver Transport kann ohne Hilfe von Proteinen (Diffusion) oder mithilfe von Proteinen (erleichterte Diffusion) ablaufen.

Vertiefende Informationen zum passiven Transport, sowie zur Diffusion und zur erleichterten Diffusion erhältst Du in entsprechenden Erklärungen auf der StudySmarter Plattform.

Die folgende Tabelle und die anschließende Abbildung dienen zur Veranschaulichung der entscheidenden Unterschiede zwischen dem aktiven und passiven Transport.

Passiver TransportAktiver Transport
keine zusätzliche EnergieBereitstellung von Energie (z.B. ATP)
Transport entlang des KonzentrationsgradientenTransport entgegen des Konzentrationsgradienten
passiver Transport kann mit oder ohne Hilfe von Transportproteinen stattfinden aktiver Transport kann nur mithilfe von Transportproteinen stattfinden

Aktiver Transport passiver Transport StudySmarterAbbildung 1: Darstellung von passiven und aktiven Stofftransport.

Aktiver Transport – Energiebereitstellung

Wie Du bereits gelernt hast, wird für den aktiven Transport die Bereitstellung von Energie benötigt. Daher ist der aktive Stofftransport immer an eine exogene Reaktion gekoppelt.

Exogene Reaktionen sind chemische Reaktionen, bei denen Energie freigesetzt wird.

Je nachdem woher die benötigte Energie stammt, kann zwischen primär-aktiven Transport und sekundär-aktiven Transport unterschieden werden.

Primär-aktiver Transport

Beim primär-aktiven Transport stammt die benötigte Energie für den Transport aus der Spaltung von Adenosintriphosphat (ATP).

ATP (Adenosintriphosphat) ist ein energiereiches Molekül, welches mit drei Phosphatresten ausgestattet ist. Durch die Abspaltung eines Phosphatrestes wird Energie freigesetzt. Diese kann für unterschiedlichste Prozesse genutzt werden. ATP ist so etwas wie der Treibstoff von lebenden Zellen und spielt eine wichtige Rolle bei der Energiebereitstellung in Organismen.

Primär-aktiver Transport findet mithilfe von sogenannten Transport-ATPasen statt. Transport-ATPasen sind Carrierproteine (Transmembranproteine), welche einen Durchgang durch eine Biomembran bilden. Sie sind in der Lage ATP zu spalten und die frei werdende Energie zu nutzen, um Teilchen entgegen des elektrochemischen Gradienten durch eine Membran zu transportieren.

Protonenpumpen

Protonenpumpen sind eine Gruppe von Transport-ATPasen, welche positiv geladen Wasserstoffmoleküle (Protonen) unter Spaltung von ATP entgegen ihrer elektrochemischen Gradienten durch Biomembranen transportieren.

Die sogenannte V-Typ ATPase ist eine Protonenpumpe, welche einzelne Protonen transportiert. Sie wird unter anderem genutzt, um die Protonenkonzentration innerhalb von Lysosomen zu erhöhen und so den pH-Wert in den Organellen zu erniedrigen. Dies fördert die enzymatische Verdauung, die innerhalb der Lysosomen stattfindet.

Sekundär-aktiver Transport

Carrierproteine können einzelne Moleküle, aber auch mehrere Moleküle gekoppelt transportieren. Carrierproteine, die mehrere Moleküle gekoppelt transportieren, werden auch Cotransporter genannt. Je nach Art des Transports wird zwischen folgenden unterschieden (Abb. 2):

  • Uniport: Ein Molekül wird durch eine Biomembran transportiert.
  • Symport: Moleküle werden gekoppelt in dieselbe Richtung durch eine Membran transportiert.
  • Antiport: Moleküle werden in entgegengesetzte Richtung transportiert.

Für einen sekundär-aktiven Transport ist ein Cotransport (Symport oder Antiport) von zwei oder mehreren Molekülen Voraussetzung. Der Transport von Molekülen entlang des elektrochemischen Gradienten wird an den Transport von Molekülen entgegen des elektrochemischen Gradienten gekoppelt.

Die benötigte Energie für den aktiven Transport wird aus der Molekülbewegung entlang des elektrochemischen Gradienten des gekoppelten Transports gewonnen.

Bei genauerer Betrachtung des sekundär-aktiven Transports ergeben sich weitere Voraussetzungen. Damit der elektrochemische Gradient vom Cotransporter genutzt werden kann, muss dieser vorher erzeugt werden.

Dieser Gradient kann in der Regel nur durch primär-aktiven Transport unter Verbrauch von ATP aufgebaut werden. Der elektrochemische Gradient, der durch den primär-aktiven Transport aufgebaut wird, speichert Energie. Diese Energie kann wiederum von den Cotransportern zum sekundär-aktiven Transport genutzt werden.

Ohne primär-aktiven Transport würden Moleküle immer einen Konzentrationsausgleich beziehungsweise Ladungsausgleich anstreben und der Aufbau eines elektrochemischen Gradienten wäre nicht möglich.

Natrium/Glucose-Cotransporter

Der sogenannte Natrium-Glucose-Cotransporter (SGLT-1) ist im Dünndarm zu finden und ist für die Aufnahme der durch die Verdauung gewonnenen Glucose zuständig. Es handelt sich um einen sekundär-aktiven Symport, bei dem Natriumionen (Na+) entlang des elektrochemischen Gradienten gekoppelt mit Glucosemolekülen transportiert werden.

Der benötigte elektrochemische Gradient der Natriumionen (Na+) wird hierbei durch den primär-aktiven Transport einer Natrium-Kalium-Ionenpumpe (Transport-ATPase) unter Spaltung von ATP aufrechterhalten.

Aktiver Transport sekundär-aktiver Transport StudySmarterAbbildung 2: Darstellung von Uniport, Symport und Antiport.

Achtung! Nicht jeder Antiport bzw. Symport ist ein sekundär-aktiver Transport. Es gibt Cotransporter, welche den Transport-ATPasen zuzuordnen sind. Diese transportieren Moleküle oder Ionen unter Spaltung von ATP gekoppelt entgegen des elektrochemischen Gradienten. Hierzu ist die im vorigen Beispiel genannte Natrium-Kalium-Ionenpumpe zu zählen.

Tertiär-aktiver Transport

Beim tertiär-aktiven Transport wird der elektrochemische Gradient genutzt, welcher durch den sekundär-aktiven Transport aufgebaut wurde. Es handelt es sich wieder um einen Cotransport, welcher die Energie aus einem Transport entlang des elektrochemischen Gradienten nutzt, um Moleküle entgegen des elektrochemischen Gradienten zu transportieren.

Aktiver Transport durch Carrier

Aktiver Stofftransport durch eine Biomembran ist immer von Transportproteinen abhängig. Hierbei handelt es sich um Carrierproteine.

Carrierproteine sind transmembrane Transportproteine. Sie bilden Schleusen in der Zellmembran und ermöglichen den passiven Transport (erleichterte Diffusion) oder den aktiven Transport von Molekülen oder Ionen.

Du hast gelernt, dass Carrierproteine einzelne Moleküle oder mehrerer Moleküle gekoppelt transportieren können. Je nach Typ handelt es sich um einen Uniport, Symport oder Antiport.

Je nach Art der Carrierproteine, können sie am passiven Transport, am primär-aktiven Transport oder am sekundär-aktiven Transport beteiligt sein. Das Funktionsprinzip der Carrierproteine ist jedoch immer das gleiche.

Cotransporter, welche am aktiven Transport beteiligt sind, werden häufig als Pumpen bzw. Ionenpumpen bezeichnet (z.B. Natrium-Kalium-Ionenpumpe).

Eigenschaften von Carrierproteinen

Carrierproteine, ändern ihre Form (Konformationsänderung), um Moleküle oder geladene Ionen von der einen Seite der Membran zur anderen Seite zu transportieren.

Durch die Konformationsänderung werden Moleküle und Ionen durch die Biomembran geschleust. Die Konformationsänderung ist in der Regel eine Reaktion auf die Bindung ihres Zielmoleküls, wobei diese Änderung das Molekül zur gegenüberliegenden Seite bewegt.

Aufgrund einer spezifischen Bindungsstelle sind Carrierproteine substratspezifisch. Das bedeutet, dass nur ein bestimmter Typ Moleküle, genauer gesagt eine Gruppe von strukturverwandten Molekülen, durch die Carrierproteine die Membran passieren können.

Aktiver Transport – Das Wichtigste

  • Aktiver Transport beschreibt den Stofftransport durch eine Biomembran unter Bereitstellung und Verbrauch von Energie.
  • Aktiver Transport ermöglicht den Transport von Molekülen entgegen dem Konzentrationsgradienten bzw. den Transport von geladenen Ionen entgegen des elektrochemischen Gradienten.
  • Der aktive Stofftransport durch Biomembran kann nur mithilfe von Transportproteinen, welche in der Biomembran eingelagert sind, stattfinden. Hierbei handelt es sich um sogenannte Carrierproteine.
  • Carrierproteine können einzelne Moleküle oder mehrerer Moleküle gekoppelt transportieren können. Je nach Typ handelt es sich um einen Uniport, Symport oder Antiport.

  • Beim primären-aktiven Transport stammt die benötigte Energie für den Transport aus der Spaltung von Adenosintriphosphat (ATP).

  • Für einen sekundär-aktiven Transport ist ein Cotransport (Symport oder Antiport) von zwei oder mehreren Molekülen Voraussetzung. Der Transport von Molekülen entlang des elektrochemischen Gradienten wird an den Transport von Molekülen entgegen ihres elektrochemischen Gradienten gekoppelt.


Nachweise

  1. Christian (2012). Grüne Reihe - Stoffwechselphysiologie. Schroedel.
  2. Karp (2005). Molekulare Zellbiologie. Springer.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Aktiver Transport

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

Der passive Stofftransport steht dem aktiven Transport gegenüber. Für den passiven Transport durch ein Biomembran wird keine zusätzliche Energie benötigt. Passiver von Molekülen erfolgt entlang des Konzentrationsgradienten bzw. des elektrochemischen Gradienten. Aktiver Transport läuft unter Energieverbrauch entgegen des elektrochemischen Gradienten.

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

Der aktive Transport übernimmt unterschiedliche Aufgaben in verschiedenen Zelltypen und Geweben. Er ist für viele wichtige stoffwechselphysiologische Vorgange unerlässlich. 

So ermöglicht der aktive Transport unter anderem die Aufnahme von Glucose im Darmepithel.

Des Weiteren ermöglicht aktiver Transport den Aufbau eines elektrochemischen Gradienten von Ionen und somit die Erzeugung eines Membranpotenzials. Somit ist er aktive Transport Voraussetzung für die Weiterleitung von elektrischen Signalen in Organismen.

Finales Aktiver Transport Quiz

Frage

Kanalproteine bestehen aus...?

Antwort anzeigen

Antwort

mehreren helixförmig angelegten Polypeptidketten, welche aus Aminosäuren bestehen 

Frage anzeigen

Frage

Wann öffnet sich der ligandengesteurte Ionenkanal?

Antwort anzeigen

Antwort

Wenn ein Aktionspotential ausgelöst wird

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  (passiver Transport) 
  • Diffusion nur entlang des Gradienten möglich

  • Schnellere Übertragung der Moleküle pro Sekunde

        

Carrier-Protein:

  •     passiver oder aktiver Transport

  •     Transport durch Konformationsänderung der Carrierproteine

  •     Diffusion auch entgegen des Gradienten 

  •     langsamere Übertragung

Frage anzeigen

Frage

Wie kann man Kanalproteine noch nennen?

Antwort anzeigen

Antwort


  • 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

Wie können Carrierproteine Substrate transportieren?

Antwort anzeigen

Antwort

passiv

Frage anzeigen

Frage

Stimmt die folgende Aussage?

Carrier-Proteine können entgegen des elektrochemischen Gradienten Moleküle befördern.

Antwort anzeigen

Antwort

Ja, auch bei dem passiven Transport

Frage anzeigen

Frage

Können Carrier-Proteine jedes Molekül transportieren?

Antwort anzeigen

Antwort

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

Frage anzeigen

Frage

Was ist 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 passiert bei einer Konformationsänderung von Carrierproteinen?

Antwort anzeigen

Antwort

Durch die Konformationsänderung werden Moleküle und Ionen durch die Biomembran geschleust. Die Konformationsänderung ist in der Regel eine Reaktion auf die Bindung ihres Zielmoleküls, wobei diese Änderung das Molekül zur gegenüberliegenden Seite bewegt. 


Frage anzeigen

Frage

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

Antwort anzeigen

Antwort

ATP-Hydrolyse.

Frage anzeigen

Frage

Was ist der Unterschied zwischen dem passiven und dem aktiven Transport?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Beim passiven Transport diffundieren Moleküle durch die Membran entlang eines elektrischen Gradienten und/oder entlang eines Konzentrationsgefälles ohne Energieaufwand
  • Beim aktiven Transport werden Moleküle durch Transmembranproteine entgegen den Konzentrationgradienten transportiert, was Energie benötigt. 

Frage anzeigen

Frage

Wie funktioniert der Mechanismus eines typischen Carrier-Proteins?

Antwort anzeigen

Antwort

  1. Bindung des Substrats an die substratspezifische Bindungsstelle (Schlüssel-Schloss-Prinzip)
  2. Konformationsänderung des Carriers
  3. Substrat kann auf gegenüberliegenden Seite austreten
  4. Erneute Konformationsänderung des Carriers zur Ausgangsform

Frage anzeigen

Frage

Aus welcher Quellen beziehen Carrierproteine die Energie für den aktiven Transport?

Antwort anzeigen

Antwort

  • ATP (primär-aktiver Transport)
  • nutzen den elektrochemischen Gradienten, der durch den primär-aktiven Transport aufgebaut wurde (sekundär-aktiver Transport)
  • nutzen den elektrochemischen Gradienten, der durch den sekundär-aktiven Transport aufgebaut wurde (tertiär-aktiver Transport)

Frage anzeigen

Frage

In welche Richtung findet der aktive Transport statt.

Antwort anzeigen

Antwort

Der aktive Transport von Molekülen findet entgegen ihres Konzentrationsgradienten bzw. entgegen ihres elektrischen Gradienten statt.

Frage anzeigen

Frage

Welche drei Arten des Transports katalysieren Carrierproteine.

Antwort anzeigen

Antwort

  •  Uniport: ein Molekül wird in eine Richtung 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

Carrierproteine (häufig auch als Pumpen bezeichnet)


  • hierzu zählen ATPasen und Cotransporter. 

Frage anzeigen

Frage

Erkläre den primären-aktiven Transport.

Antwort anzeigen

Antwort

Beim primären-aktiven Transport stammt die benötigte Energie für den Transport aus der Spaltung von ATP
Primär-aktiver Transport findet mithilfe von sogenannten Transport-ATPasen statt. Transport-ATPasen sind Carrierproteine (Transmembranproteine), welche einen Durchgang durch eine Biomembran bilden. 


Sie sind in der Lage ATP zu spalten und die frei werdende Energie zu nutzen, um Teilchen entgegen ihren elektrochemischen Gradienten durch eine Membran zu transportieren.  

Frage anzeigen

Frage

Definiere Carrierproteine.

Antwort anzeigen

Antwort

Carrierproteine sind transmembrane Transportproteine. Sie bilden Schleusen in der Biomembran und ermöglichen den passiven Transport (erleichterte Diffusion) oder den aktiven Transport von Molekülen oder Ionen.

Frage anzeigen

Frage

Nenne ein Beispiel für den primär-aktiven Transport.

Antwort anzeigen

Antwort

Natrium-Kalium-Pumpe

Frage anzeigen

Frage

Definiere aktiven Stofftransport.

Antwort anzeigen

Antwort

Aktiver Transport beschreibt den Stofftransport durch eine Biomembran unter Bereitstellung und Verbrauch von Energie. Aktiver Transport ermöglicht den Transport von Molekülen entgegen dem Konzentrationsgradienten bzw. den Transport von geladenen Ionen entgegen dem elektrochemischen Gradienten. 

Frage anzeigen

Frage

Welche Unterschiede gibt es zwischen dem aktiven und dem passiven Transport?

Antwort anzeigen

Antwort

Der passive Stofftransport steht dem aktiven Transport gegenüber. Für den passiven Transport durch eine Biomembran wird keine zusätzliche Energie benötigt. Passiver Transport von Molekülen erfolgt entlang des Konzentrationsgradienten bzw. des elektrochemischen Gradienten. 


Aktiver Transport verläuft unter Energieverbrauch entgegen des elektrochemischen Gradienten.

Frage anzeigen

Frage

Woraus ergibt sich der elektrochemische Gradient.

Antwort anzeigen

Antwort

Der elektrochemische Gradient ergibt sich aus dem Konzentrationsgradienten und dem elektrischen Gradienten.

Frage anzeigen

Frage

Welche Energiequelle nutzen Transport-ATPasen zum aktiven Transport?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Spaltung von Adenosintriphosphat (ATP).

Frage anzeigen

60%

der Nutzer schaffen das Aktiver Transport Quiz nicht! Kannst du es schaffen?

Quiz starten

Finde passende Lernmaterialien für deine Fächer

Alles was du für deinen Lernerfolg brauchst - in einer App!

Lernplan

Sei rechtzeitig vorbereitet für deine Prüfungen.

Quizzes

Teste dein Wissen mit spielerischen Quizzes.

Karteikarten

Erstelle und finde Karteikarten in Rekordzeit.

Notizen

Erstelle die schönsten Notizen schneller als je zuvor.

Lern-Sets

Hab all deine Lermaterialien an einem Ort.

Dokumente

Lade unzählige Dokumente hoch und habe sie immer dabei.

Lern Statistiken

Kenne deine Schwächen und Stärken.

Wöchentliche

Ziele Setze dir individuelle Ziele und sammle Punkte.

Smart Reminders

Nie wieder prokrastinieren mit unseren Lernerinnerungen.

Trophäen

Sammle Punkte und erreiche neue Levels beim Lernen.

Magic Marker

Lass dir Karteikarten automatisch erstellen.

Smartes Formatieren

Erstelle die schönsten Lernmaterialien mit unseren Vorlagen.

Melde dich an für Notizen & Bearbeitung. 100% for free.

Get FREE ACCESS to all of our study material, tailor-made!

Over 10 million students from across the world are already learning smarter.

Get Started for Free
Illustration