Aktywny transport masowy

Z aktywny transport masowy jest formą transportu substratów przez biomembranę. Transport aktywny odbywa się wbrew gradientowi stężenia lub ładunku i odbywa się przy zużyciu energii. Proces ten jest zaburzony w chorobie mitochondrialnej.

Co to jest aktywny transport masowy?

Biomembrany fosfolipidowe i dwuwarstwowe oddzielają od siebie poszczególne przedziały komórkowe w organizmie człowieka. Ze względu na składniki błon różne biomembrany odgrywają aktywną rolę w selektywnym transporcie substancji. Jako warstwa oddzielająca kilka obszarów, biomembrana jest z natury nieprzepuszczalna dla większości wszystkich cząsteczek. Tylko lipofilowe, mniejsze i hydrofobowe cząsteczki swobodnie dyfundują przez dwuwarstwę lipidową. Ten rodzaj skoordynowanej przepuszczalności membrany jest również znany jako przepuszczalność selektywna.

Cząsteczki dyfuzyjne obejmują na przykład cząsteczki gazu, alkoholu i mocznika. Jony i inne substancje biologicznie czynne są w większości hydrofilowe i są zatrzymywane przez barierę biomembranową. Biomembrana zawiera białka transportowe, dzięki czemu jony, woda i większe cząsteczki, takie jak cukier, mogą dyfundować. Jesteś aktywnie zaangażowany w transport substancji. Transport przez biomembranę jest również nazywany transportem membranowym lub przepływem membrany, jeśli sama membrana się przesuwa.

Biomembrany i ich selektywna przepuszczalność utrzymują specyficzne środowisko komórkowe wewnątrz komórki, co sprzyja wewnętrznym procesom funkcjonalnym. Komórka i jej przedziały komunikują się ze swoim otoczeniem i dokonują selektywnej wymiany substancji i cząstek. Mechanizmy, takie jak transport substancji czynnej, umożliwiają na tej podstawie selektywne przechodzenie przez błony. Transport substancji czynnej należy odróżnić od pasywnego transportu substancji i od transportu substancji wypierającej błonę.

Funkcja i zadanie

Transport substancji przez biomembranę odbywa się w sposób aktywny lub bierny. W przypadku transportu biernego cząsteczki przechodzą przez membranę w kierunku określonego stężenia lub gradientu potencjału bez zużywania energii. Transport bierny jest zatem szczególną formą dyfuzji. W ten sposób nawet większe cząsteczki przedostają się na drugą stronę błony za pomocą białek transportujących przez błonę.

W przeciwieństwie do tego, transport aktywny jest procesem transportu, który wykorzystuje energię wbrew gradientowi biosystemu. Różne cząsteczki mogą być selektywnie transportowane przez membranę wbrew gradientowi stężeń chemicznych lub gradientowi potencjału elektrycznego. Jest to szczególnie ważne w przypadku naładowanych cząstek. Oprócz aspektów ładunku, aspekty koncentracji są również istotne dla ich bilansu energetycznego. Zmniejszenie entropii w układzie zamkniętym prowadzi do wzrostu gradientu stężeń.Zależność ta jest tak samo ważna dla bilansu energetycznego, jak transport ładunku w polu elektrycznym lub spoczynkowy potencjał błony.

Chociaż jest to kwestia bilansu ładunku lub energii w systemie, to stężenie cząstek i ich zmianę należy rozpatrywać osobno ze względu na selektywnie przepuszczalną biomembranę. Energia do transportu aktywnego jest udostępniana z jednej strony jako energia wiązania chemicznego, na przykład w postaci hydrolizy ATP. Z drugiej strony zmniejszenie gradientu ładunku może służyć jako siła napędowa, a tym samym generować energię elektryczną. Trzecia możliwość dostarczania energii wynika ze wzrostu entropii występującej w odpowiednim systemie komunikacyjnym, a tym samym ze zmniejszenia innego gradientu stężeń. Transport wbrew gradientowi elektrycznemu nazywany jest elektrogenicznym. W zależności od źródła energii i rodzaju pracy rozróżnia się pierwotny, wtórny i trzeciorzędny transport aktywny. Translokacja grupowa to szczególna forma transportu aktywnego.

Przede wszystkim transport aktywny zachodzi, gdy zużywa się ATP, za pomocą którego jony nieorganiczne i protony są usuwane z komórki poprzez transport ATPaz przez biomembranę. Na przykład jon jest pompowany ze strony o niższym stężeniu do strony o wyższym stężeniu za pomocą pompy jonowej.

Pompa sodowo-potasowa jest podstawowym zastosowaniem tego procesu w organizmie człowieka. Zużywając ATP, wypompowuje do komórki dodatnio naładowane jony sodu i jednocześnie dodatnio naładowane jony potasu. W ten sposób potencjał spoczynkowy neuronów pozostaje stały, a potencjały czynnościowe mogą być generowane i przekazywane dalej.

W przypadku wtórnego transportu aktywnego cząstki są przenoszone wzdłuż gradientu elektrochemicznego. Energia potencjalna gradientu jest wykorzystywana jako napęd do transportu drugiego substratu w tym samym kierunku wbrew gradientowi elektrycznemu lub gradientowi stężeń. Ten aktywny transport odgrywa rolę szczególnie w symporcie sodu i glukozy w jelicie cienkim. Jeśli drugi substrat jest transportowany w przeciwnym kierunku, może również zachodzić aktywny wtórny transport masy, na przykład w przypadku antyportu sodowo-wapniowego z zastosowaniem wymiennika sodowo-wapniowego.

Trzeciorzędowy transport aktywny wykorzystuje gradient stężeń ustalony przez wtórny transport aktywny oparty głównie na transporcie aktywnym. Ten rodzaj transportu jest szczególnie ważny dla transportu di- i tripeptydów w jelicie cienkim, który jest realizowany przez transporter peptydów 1. Translokacja grupowa przenosi monosacharydy lub alkohole cukrowe jako specjalną formę transportu substancji czynnej i zmienia chemicznie transportowane substancje poprzez fosforylację. Najważniejszym przykładem tego rodzaju transportu jest układ fosfotransferazy kwasu fosfoenolopirogronowego.

Choroby i dolegliwości

W aktywnym transporcie substancji rolę odgrywają zarówno metabolizm energetyczny, jak i specjalne enzymy transporterowe i białka transporterowe. Jeżeli dane białka lub enzymy transporterowe nie występują w pierwotnie zaplanowanej fizjologicznie postaci z powodu mutacji lub błędów w transkrypcji materiału genetycznego, transport substancji czynnej jest tylko trudniejszy lub w skrajnych przypadkach nie jest już możliwy.

Na przykład niektóre choroby jelita cienkiego są związane z tym zjawiskiem. Choroby z upośledzoną podażą ATP mogą również mieć destrukcyjny wpływ na aktywny transport substancji i powodować zaburzenia czynnościowe w różnych narządach. Tylko w nielicznych przypadkach takie choroby dotyczą tylko jednego narządu. Zaburzenia metabolizmu energetycznego są zwykle chorobami wielonarządowymi, które często mają podłoże genetyczne.

Na przykład we wszystkich chorobach mitochondrialnych wpływa na układ enzymatyczny, który bierze udział w produkcji energii poprzez fosforylację oksydacyjną. Te zaburzenia obejmują w szczególności przerwanie syntazy ATP. Enzym ten jest jednym z najważniejszych białek transbłonowych i występuje np. W pompie protonowej jako enzym transportowy. Głównym zadaniem enzymu jest katalizowanie syntazy ATP. Aby zapewnić energię, syntaza ATP łączy preferowany energetycznie transport protonów z tworzeniem ATP wzdłuż gradientu protonów. To sprawia, że ​​syntaza ATP jest jednym z najważniejszych konwerterów energii w ludzkim ciele i może przekształcić jedną formę energii w inne formy energii. Choroby mitochondrialne są zaburzeniami procesów metabolicznych mitochondriów i prowadzą do obniżonej wydajności organizmu z powodu zmniejszonej syntezy ATP.