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Carrier Proteine

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Biologie


dilek.oezyildirim@studysmarter.de

- Carrier-Proteine wird mit einem Bindestrich geschrieben. Bitte im Dokumentnamen anpassen

- FAQs entsprechen nicht denen im Sheet

15:51 24.12.2021

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Dieser Artikel beschäftigt sich mit den Carrier-Proteinen. Wir erklären dir, was ein solches Protein ist, informieren dich über die Funktion und den Aufbau und erklären dir, was es mit dem primär- und sekundär aktiven Transport auf sich hat.


Dieser Artikel gehört zum Fach Biologie und erweitert das Thema des Stofftransports an der Zellmembran.


dilek.oezyildirim@studysmarter.de

bitte Einleitung umformulieren (siehe Regelung im Content Wiki)

15:25 24.12.2021

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Was ist ein Carrier-Protein?


Carrier-Proteine befindet sich, ebenso wie die Kanalproteine, an der Zellmembran einer Zelle. Sie sind dafür zuständig, Moleküle und Ionen auf die andere Seite der Membran zu befördern. Die semipermeable Zellmembran an den Zellen lässt nämlich nur lipophile Moleküle, wie zum Beispiel Kohlenstoff, frei durch die Zellmembran passieren. Wenn andere Moleküle, wie beispielsweise Glucose, die Zellmembran überqueren wollen, sind sie auf Proteine angewiesen, welche diese dann transportieren. 


Carrier-Proteine sind in der Lage, hydrophile Moleküle und Ionen zu befördern, und das sogar entgegen des elektrochemischen Gradienten. Dabei wird Adenosintriphosphat, welches in den Mitochondrien produziert wird, verbraucht, bzw. ein Phosphatrest wird abgespalten. Hierbei wird Energie freigesetzt, welche nun nutzbar ist. Das bezeichnet man dann auch als aktiven Transport.


Wenn du dir unsicher bist, was noch mal beim aktiven Transport geschieht, lies dir am besten vorher den passenden Artikel dazu durch.


Der elektrochemische Gradient besteht aus der Potentialdifferenz zwischen den beiden Membranseiten sowie dem chemischen Gradienten und dem Konzentrationsgefälle im intra- und extrazellulären Raum.


Carrier-Proteine Schema aktiver und passiver Transport an der Membran StudySmarter

  Abbildung 1: Schema des passiven und aktiven Transports an der Membran
Quelle: STARK - Abiturtraining - Biologie Band 1, Kapitel: Zellbiologie und Stoffwechsel



Aufbau und Funktion eines Carrier-Proteins


Die Proteine bestehen aus mehreren helixförmigen Polypeptidketten. Anders als das Kanalprotein besitzt das Protein jedoch keinen Tunnel. Man kann es sich als Greifarm vorstellen, welches ein oder mehrere Moleküle oder Ionen greift, sich anschließend schließt und dann auf der anderen Seite der Zellmembran wieder öffnet. Ein solches Protein ist auf bestimmte Moleküle und Ionen spezialisiert, ähnlich, wie das bei sogenannten Enzymen der Fall ist. Das heißt, dass jede Art von Molekül sein eigenes Carrier-Protein besitzt.


Das Schlüssel-Schloss-Prinzip beschreibt die Funktion von mehreren zueinander komplementären Strukturen, um biochemische Funktionen zu erfüllen. Unter dieses Schlüssel-Schloss-Prinzip fallen auch die Carrier-Proteine mit ihrer Spezialisierung auf bestimmte Moleküle.


Die Proteine können sich auch im Aufbau voneinander unterscheiden. Manche Proteine können nur ein Molekül auf einmal befördern (Uniport ), andere wiederum können zwei Moleküle oder Ionen gleichzeitig an sich binden und transportieren. Dabei wird wie folgt unterschieden:


  • Symport: Beide Moleküle werden in dieselbe Richtung befördert.
  • Antiport: Die Moleküle werden in unterschiedliche Richtungen transportiert.


Wenn das Protein nun voll besetzt ist (nur wenn es voll besetzt ist), ändert sich die Konformation des Proteins. Dies führt dazu, dass das Molekül sich in die andere Richtung bewegen kann und somit die Zellmembran überwunden wird. Dann öffnet sich das Protein wieder, ein anderes Molekül oder Ion kann anstelle des alten "einsteigen", die Konformation ändert sich zum zweiten Mal und das Molekül verlässt das Protein auf der anderen Seite der Zellmembran. Dieser Prozess wiederholt sich beliebig oft.


Bei der Konformationsänderung werden die Bindungsstellen des Proteins neu sortiert, beziehungsweise neu im Raum angeordnet. Das schleust das Molekül bzw. das Ion durch das Protein auf die andere Seite der Zellmembran, wo es das Protein auch schlussendlich verlässt.


Carrier-Proteine Natrium-Kalium-Pumpe als Carrier-Protein StudySmarter


Abbildung 2: Die Natrium-Kalium-Pumpe als Carrier-Protein (links) an der Membran der Zelle
 Quelle: STARK Abitur-Training – Biologie 2: Neuronale Informationsverarbeitung


Passiver Transport durch Carrier-Proteine


Diese Art der Proteine sind auch in der Lage, ohne aktive Energieaufwendung Moleküle entlang des elektrochemischen Gradienten zu transportieren. Dabei bestimmt dieser elektrochemische Gradient die Richtung, in welche die Moleküle oder Ionen diffundieren. Bei diesem passiven Transport wird keine weitere Energie, zum Beispiel in Form von ATP, benötigt.


Der Glucosetransporter ist ein anschauliches Beispiel für passiven Transport durch ein Carrier-Protein. Durch ihn diffundiert Glucose ins Zellinnere, wo es sofort weiter zu Glucose-Phosphat verarbeitet wird.


Aktiver Transport durch Carrier-Proteine


Als aktiv gilt der Transport dann, wenn Energie zum Transport des Moleküls oder Ions aus oder in die Zelle genutzt wird. Durch diese Energie ist es den Proteinen nun möglich, Moleküle oder Ionen auch entgegen des elektrochemischen Gradienten zu transportieren. Das ist auch oft notwendig, um die Funktionen des Körpers aufrechtzuerhalten. Ein Beispiel dafür wäre das Ruhepotential in der Nervenzelle. Um die Moleküle und Ionen zu transportieren, muss zunächst Energie freigesetzt werden.


Der Großteil der Energie in den roten Blutzellen wird dafür verwendet, den Kalium- und Natriumspiegel mithilfe des aktiven Transports aufrechtzuerhalten.


Die drei häufigsten Methoden, um Energie zu gewinnen, sind die folgenden:


Die Hydrolyse von ATP zu ADP


Bei der ATP-Hydrolyse spaltet sich das Adenosintriphosphat in Adenosindiphosphat, und besitzt somit ein Phosphat weniger. Bei dieser Abspaltung wird Energie freigesetzt, welche dann von den Proteinen genutzt wird, um ein Molekül entgegen des Gradienten zu befördern. 


Mehr Informationen zu der ATP-Hydrolyse findest du in unserem Artikel zum Aktiven Transport. Die ATP-Hydrolyse ist mit der Chemie verbunden; um das Thema besser verstehen zu können, kannst du hierfür lernen, wie man Reaktionsgleichungen aufstellt.


Abbau eines Ladungsgradienten


Die elektrische Energie, die durch den Abbau des Ladungsunterschieds freigesetzt wird, wird von den Proteinen genutzt, um die Moleküle über die Zellmembran zu befördern.


Abbau eines Konzentrationsgradienten


Durch Erhöhung der Entropie (also der Veränderung der Anordnungsmöglichkeit von Teilchen) wird ebenfalls Energie des chemischen Gradienten freigesetzt, welche dann von Proteinen zur Beförderung von Molekülen verwendet wird.


Primär-aktiver Transport durch Carrier-Proteine


Unter Verbrauch von ATP, also Adenosintriphosphat, werden Protonen und anorganische Ionen aus der Zellmembran transportiert. Durch die Ionenpumpe wird ein Ion auf die Seite gepumpt, auf welcher sich bereits eine höhere Konzentration dieser Ionen befindet. Dieses Vorgehen bezeichnet man dann als primär-aktiven Transport.


Die Natrium-Kalium-Pumpe ist ein anschauliches Beispiel für den primär-aktiven Transport durch solche Proteine. Durch diese Pumpe wird das Ruhepotential in der Nervenzelle aufrechterhalten. Es werden drei Natriumionen in den extrazellularen Bereich, und zwei Kaliumionen in den intrazellulären Bereich transportiert. Die Energie wird aus der ATP-Hydrolyse gewonnen.


Sekundär-aktiver Transport durch Carrier-Proteine


Beim sekundär-aktiven Transport wird ein Teilchen entlang eines elektrochemischen Gradienten aus, oder in die Zelle transportiert. Die dabei gespeicherte Energie kann nun genutzt werden, um gleichzeitig ein anderes Teilchen sekundär-aktiv zu transportieren. Je nachdem, ob die Teilchen nun in die gleiche oder eine unterschiedliche Richtung wandern, bezeichnet man es dann als Sym- oder Antiport. 


Es wird also primär-aktiver Transport genutzt und benötigt, um sekundär-aktiven Transport durchführen zu können.


Es existiert auch noch der tertiär-aktive Transport. Dieser Transport ist jedoch eher bei ATPasen üblich, als bei den Carrier-Proteinen. 


Auf unserem Artikel zum Aktiven Transport findest du alles Wichtige zum tertiären Transport.



Carrier-Proteine - Das Wichtigste


  • Carrier-Proteine transportieren Moleküle und Ionen über die semipermeable Zellmembran.
  • Ähnlich wie Enzyme sind diese Proteine auch stark auf einzelne Moleküle beschränkt.
  • Man unterscheidet im Aufbau zwischen Uniport, Symport und Antiport.
  • Die ATP-Hydrolyse aus der Chemie wird am meisten genutzt, um Moleküle entgegen ihres Gradienten im Protein zu befördern.
  • Es gibt primär-aktiven Transport und sekundär-aktiven Transport durch diese Art der Proteine.
  • Durch die Konformationsänderung im Protein bewegt sich das Molekül in Richtung Aus- oder Eingang der Zelle.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Carrier Proteine

Grundsätzlich kann ein Carrier-Protein aus einer Kombination aus allen Aminosäuren bestehen, die es gibt. Es gibt insgesamt 20 Aminosäuren, die alle Baustein der Carrier-Proteine sind.

Ein Carrier Protein besteht aus helixförmigen Polypeptidketten aus Aminosäuren. Carrier-Proteine besitzen entweder Uniport, Symport, oder Antiport, um Moleküle zu transportieren. Sie können ihre Konformation ändern, um so das Molekül zu befördern.

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