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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.
Unter dem aktiven Transport versteht man einen ablaufenden Transport, der unter Energieverbrauch und entgegen des Konzentrations- oder elektrischen Gradienten abläuft.
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
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:
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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 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.
Unterscheidung zwischen aktiven und passiven Transport:
| Aktiver Transport | Passiver Transport | |
| Wird ATP verbraucht? | Ja, zum Beispiel durch ATP-Hydrolyse | Nein |
| Welche Proteine und Enzyme sind beteiligt? | Carrier-Proteine, ATPasen | Carrier-Proteine, Kanalproteine, Aquaporine |
| Ist der Transport mehrstufig? | Ja: primär aktiv, sekundär aktiv, tertiär aktiv | Nein |
| Beispiel | Natrium-Kalium-Pumpe, Peptidtransporter 1 | Aquaporine, spannungsgesteuerter Natriumionenkanal |
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.
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