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Transport durch Membranen

  •  IMPP-Relevanz
  • Lesezeit: 12 min
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Steckbrief

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Für den Transport von Stoffen stehen einer Zelle mehrere Mechanismen zur Verfügung. Beim Transport durch Membranen unterscheidet man zwischen passivem Transport, bei dem keine Energie benötigt wird, und aktivem Transport, der mit Energieverbrauch verbunden ist. Außerdem können Stoffe auch über Zellverbände transportiert werden (transzellulärer und parazellulärer Transport).

  • Passiver Transport:

    • benötigt keine Energie

    • erfolgt in den meisten Fällen durch Diffusion

    • Zum passiven Transport gehört genau genommen auch die Filtration, die Konvektion und der Solvent Drag.

  • Aktiver Transport:

    • benötigt Energie (in Form von ATP).

    • Beim primär aktiven Transport wird direkt beim Transportvorgang ATP hydrolysiert.

    • Beim sekundär aktiven Transport ist der Transportprozess an einen zweiten Prozess gekoppelt, der durch ATP-Hydrolyse die nötige Energie liefert.

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Aktiver und passiver Transport durch Membranen

Beim Membrantransport wird zwischen aktivem und passivem Transport unterschieden. Passiver Transport (oben) erfolgt ohne Energieverbrauch entweder direkt durch die Membran (per Diffusion) oder durch Kanäle oder Carrier (erleichterte Diffusion). Auf diese Art werden z.B. CO2, manche Monosaccharide oder auch verschiedene Ionen transportiert. Beim primär aktiven Transport (Mitte) wird direkt beim Transportvorgang ATP hydrolysiert und mit der frei werdenden Energie der Transport bewerkstelligt. Ein Beispiel für diese Art Transportmechanismus ist die Na+/K+-ATPase. Beim sekundär aktiven Transport (unten) wird die für den Transport nötige Energie durch einen vom eigentlichen Transportvorgang unabhängigen primären Transport bereitgestellt, indem z.B. durch die Na+/K+-ATPase ein Na+-Gradient aufgebaut wird. Beim sekundären Transportvorgang wird dann der Gradient wieder ausgeglichen und dabei das eigentliche Transportgut (in diesem Fall ein Glucosemolekül) „mitgenommen“.

(aus Rassow et al., Duale Reihe Biochemie, Thieme, 2012)
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    Passiver Transport

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    Beim passiven Transport werden Substanzen ohne Energieverbrauch transportiert. Zu den passiven Transportformen zählt man die einfache und die erleichterte Diffusion. Außerdem gehört dazu auch die Filtration.

    Einfache und erleichterte Diffusion

    Als Diffusion bezeichnet man die Bewegung von Teilchen aufgrund eines Konzentrationsgradienten in Gasen oder wässrigen Lösungen . Auch durch Lipidmembranen können Teilchen diffundieren. Zur Physik der Diffusion findest du hier (Fick’sches Diffusionsgesetz) mehr. Hier betrachten wir nur die Diffusion durch eine Lipidmembran.

    Einfache Diffusion

    Die einfache Diffusion findet ohne Hilfsproteine direkt durch Zellmembranen statt und kommt nur für sehr kleine oder lipidlösliche Moleküle (z.B. O, CO, N, Ethanol) infrage. Die Membran stellt immer eine Diffusionsbarriere dar, durch die sich auch diese kleinen oder lipidlöslichen Moleküle langsamer hindurchbewegen als bei der Diffusion ganz ohne Hindernis. Ihre Diffusionsgeschwindigkeit hängt vom Konzentrationsunterschied, von der Molekülgröße, ihrem lipophilen Charakter und der Größe ihrer Hydrathülle ab.

    Image description
    Resorption der Monosaccharide

    Glucose und Galactose werden durch einen sekundär aktiven Symport zusammen mit Na+-Ionen in die Mukosazellen aufgenommen. Vermittelt wird dieser Transport von einem Na+-gekoppelten Glucose-(Galactose-)Cotransporter (SGLT1) in der apikalen Enterozytenmembran. Die Energie stammt aus dem Konzentrationsgradienten für die Na+-Ionen, der von einer Na+/K+-ATPase in der basolateralen Membran unter Verbrauch von ATP aufrechterhalten wird. Fructose passiert die luminale Membran dagegen passiv durch einen eigenen Transporter (GLUT5). Alle Monosaccharide verlassen die Mukosazellen ebenfalls passiv, vermittelt vom Glucosetransporter GLUT2, in Richtung Pfortader.

    (nach Endspurt Biochemie 2, Thieme, 2013)
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    Verdauungsfunktion von Lysosomen

    1. Via Endozytose werden die abzubauenden Partikel in das Zellorganell aufgenommen. Durch die Aktivität der H+-ATPase wird das Innere der Endosomen sauer (pH 4,5–5) und die Hydrolasen funktionsfähig. Die Abfallstoffe können abgebaut werden. 2. Die Partikel-enthaltenden Vesikel verschmelzen mit primären Lysosomen zu Heterophagolysosomen und werden innerhalb dieser abgebaut. 3. Autophagosomen verschmelzen mit primären Lysosomen zu Autophagolysosomen, in denen das gealterte Zellorganell abgebaut wird.

    (nach Endspurt Biologie, Thieme, 2013)
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      Fachlicher Beirat: Prof. Dr. rer. nat. Stephan Grissmer, 24.09.2018
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