Aktiv massetransport

Av aktiv massetransport er en form for transport av underlag gjennom en biomembran. Aktiv transport skjer mot en konsentrasjon eller ladningsgradient og foregår med energiforbruk. Denne prosessen er forstyrret i mitokondriesykdom.

Hva er aktiv massetransport?

Fosfolipid- og dobbeltlagede biomembraner skiller individuelle celle-rom i menneskekroppen. På grunn av membrankomponenter deres, påtar de forskjellige biomembranene seg aktive roller i selektiv transport av stoffer. Som et separerende lag mellom flere områder er biomembranen iboende ugjennomtrengelig for de fleste av alle molekyler. Bare lipofile, mindre og hydrofobe molekyler diffunderer fritt gjennom lipid-dobbeltlaget. Denne typen koordinert membranpermeabilitet er også kjent som selektiv permeabilitet.

De diffunderbare molekylene inkluderer for eksempel gass, alkohol og urea molekyler. Joner og andre biologisk aktive stoffer er stort sett hydrofile og holdes oppe ved barrieren for biomembranen. Biomembranen har transportproteiner slik at ioner, vann og større partikler som sukker kan diffundere. Du er aktivt involvert i transport av stoffer. Transport gjennom en biomembran kalles også membrantransport eller membranstrøm hvis membranen i seg selv forskyver seg.

Biomembraner og deres selektive permeabilitet opprettholder et spesifikt cellemiljø inne i cellen, noe som fremmer interne funksjonelle prosesser. En celle og dens rom kommuniserer med omgivelsene og utfører selektiv utveksling av stoffer og partikler. Mekanismer som transport av virkestoffer tillater selektiv passering gjennom membranene på dette grunnlaget. Transport av aktivt stoff skilles fra passiv stofftransport og fra membranfortrengende stofftransport.

Funksjon & oppgave

Transport av stoffer gjennom en biomembran skjer aktivt eller passivt. Med passiv transport passerer molekylene gjennom membranen i retning av en spesifikk konsentrasjon eller potensiell gradient uten å konsumere noe energi. Passiv transport er derfor en spesiell form for diffusjon. På denne måten kommer enda større molekyler til den andre siden av membranen ved hjelp av membrantransportproteiner.

I kontrast er aktiv transport en transportprosess som bruker energi mot gradienten til et biosystem. Ulike molekyler kan selektivt transporteres gjennom membranen mot den kjemiske konsentrasjonsgradienten eller den elektriske potensialgradienten. Dette er spesielt viktig for ladede partikler. I tillegg til ladningsaspekter, er konsentrasjonsaspekter også relevante for deres energibalanse. Reduksjon av entropi i et lukket system fører til en økning i konsentrasjonsgradienten.Dette forholdet er like viktig for energibalansen som ladetransporten mot det elektriske feltet eller hvilemembranpotensialet.

Selv om det er et spørsmål om en ladning eller energibalanse i systemet, må partikkelkonsentrasjonen og dens endring vurderes separat på grunn av den selektivt permeable biomembranen. Energi til aktiv transport blir gjort tilgjengelig på den ene siden som kjemisk bindende energi, for eksempel i form av hydrolyse av ATP. På den annen side kan reduksjonen av ladningsgradienten tjene som en drivkraft og dermed generere elektrisk energi. Den tredje muligheten for å tilveiebringe energi blir resultatet av en økning i entropien til stede i det respektive kommuniserende system og dermed fra reduksjon av en annen konsentrasjonsgradient. Transport mot den elektriske gradienten kalles elektrogen. Avhengig av energikilde og type arbeid, skilles det mellom primær, sekundær og tertiær aktiv transport. Gruppetransport er en spesiell form for aktiv transport.

Primært aktiv transport skjer når ATP konsumeres, ved hjelp av hvilke uorganiske ioner og protoner blir ført ut av cellen ved å transportere ATPaser gjennom en biomembran. Et ion pumpes for eksempel fra den lavere konsentrerte til den høyere konsentrerte siden ved hjelp av en ionepumpe.

Natrium-kaliumpumpen er den primære anvendelsen av denne prosessen i menneskekroppen. Mens den konsumerer ATP, pumper den ut positive ladede natriumioner og samtidig positivt ladede kaliumioner i en celle. Hvilepotensialet til nevroner forblir således konstant og handlingspotensialer kan genereres og videreføres.

Med sekundær aktiv transport transporteres partikler langs den elektrokjemiske gradienten. Gradientens potensielle energi blir brukt som driv for å transportere et andre underlag i samme retning mot den elektriske gradienten eller konsentrasjonsgradienten. Denne aktive transporten spiller en rolle spesielt for natriumglukosesymporten i tynntarmen. Hvis det andre underlaget transporteres i motsatt retning, kan det også være aktiv sekundær massetransport, for eksempel når det gjelder natrium-kalsium-antiport ved hjelp av en natrium-kalsiumveksler.

Tertiær aktiv transport bruker en konsentrasjonsgradient etablert ved sekundær aktiv transport basert på primært aktiv transport. Denne typen transport er spesielt viktig for di- og tripeptidtransporten i tynntarmen, som utføres av peptidtransportøren 1. Gruppetranslokasjonen transporterer monosakkarider eller sukkeralkoholer som en spesiell form for virkestofftransport og endrer transportstoffene kjemisk gjennom fosforylering. Fosfoenolpyruvinsyre-fosfotransferasesystemet er det viktigste eksemplet på denne transportmåten.

Sykdommer og plager

Både energimetabolismen og spesielle transporterenzymer og transporterproteiner spiller en rolle i aktiv transport av stoffer. Hvis de aktuelle transporterproteinene eller enzymer ikke er til stede i sin opprinnelig fysiologisk planlagte form på grunn av mutasjoner eller feil i transkripsjonen av arvestoffet, er den aktive transporten av stoffer bare vanskeligere eller i ekstreme tilfeller ikke lenger mulig.

For eksempel er noen sykdommer i tynntarmen assosiert med dette fenomenet. Sykdommer med nedsatt ATP-forsyning kan også ha ødeleggende effekter på aktiv transport av stoffer og forårsake funksjonsforstyrrelser i forskjellige organer. Bare i noen få tilfeller av slike sykdommer er bare et enkelt organ berørt. Forstyrrelser i energimetabolisme er for det meste multiorganiske sykdommer som ofte har genetisk grunnlag.

Ved alle mitokondriesykdommer, for eksempel, påvirkes enzymsystemet, som er involvert i produksjon av energi gjennom oksidativ fosforylering. Disse lidelsene inkluderer spesielt forstyrrelse av ATP-syntase. Dette enzymet er et av de viktigste transmembranproteinene og vises for eksempel i protonpumpen som et transportenzym. Hovedoppgaven til enzymet er å katalysere syntesen av ATP. For å tilveiebringe energi, forbinder ATP-syntasen den energifavoriserte protontransporten med dannelsen av ATP langs protongradienten. Dette gjør ATP-syntase til en av de viktigste energiomformerne i menneskekroppen og kan omdanne en form for energi til andre former for energi. Mitokondriesykdommer er funksjonsfeil i de mitokondrielle metabolske prosessene og fører til redusert ytelse av kroppen på grunn av den reduserte syntesen av ATP.