Actief massatransport

Van de actief massatransport is een vorm van transport van substraten door een biomembraan. Actief transport vindt plaats tegen een concentratie- of ladingsgradiënt in en vindt plaats met energieverbruik. Dit proces is verstoord bij mitochondriale aandoeningen.

Wat is actief massatransport?

De fosfolipiden en dubbellaagse biomembranen scheiden individuele celcompartimenten van elkaar in het menselijk lichaam. Door hun membraancomponenten spelen de verschillende biomembranen een actieve rol bij het selectief transport van stoffen. Als scheidingslaag tussen verschillende gebieden is het biomembraan inherent ondoordringbaar voor de meeste moleculen. Alleen lipofiele, kleinere en hydrofobe moleculen diffunderen vrij door de lipidedubbellaag. Dit type gecoördineerde membraanpermeabiliteit wordt ook wel selectieve permeabiliteit genoemd.

De diffundeerbare moleculen omvatten bijvoorbeeld gas-, alcohol- en ureummoleculen.Ionen en andere biologisch actieve stoffen zijn meestal hydrofiel en worden tegengehouden door de barrière van het biomembraan. Het biomembraan heeft transporteiwitten waardoor ionen, water en grotere deeltjes zoals suiker kunnen diffunderen. Je bent actief betrokken bij het vervoer van stoffen. Transport door een biomembraan wordt ook wel membraantransport of membraanstroom genoemd als het membraan zelf verschuift.

Biomembranen en hun selectieve permeabiliteit handhaven een specifieke celomgeving in de cel, wat interne functionele processen bevordert. Een cel en zijn compartimenten communiceren met hun omgeving en wisselen selectief stoffen en deeltjes uit. Mechanismen zoals het transport van actieve stoffen maken op deze basis een selectieve doorgang door de membranen mogelijk. Werkzame stoftransport moet worden onderscheiden van passief stoftransport en van membraan-verdringend stoftransport.

Functie en taak

Het transport van stoffen door een biomembraan vindt actief of passief plaats. Bij passief transport passeren de moleculen het membraan in de richting van een specifieke concentratie of potentiaalgradiënt zonder energie te verbruiken. Passief transport is daarom een ​​bijzondere vorm van diffusie. Op deze manier komen nog grotere moleculen met behulp van membraantransporteiwitten aan de andere kant van het membraan.

Actief transport daarentegen is een transportproces dat energie verbruikt tegen de helling van een biosysteem in. Verschillende moleculen kunnen selectief door het membraan worden getransporteerd tegen de chemische concentratiegradiënt of de elektrische potentiaalgradiënt in. Dit is vooral belangrijk voor geladen deeltjes. Naast ladingsaspecten zijn ook concentratieaspecten relevant voor hun energiebalans. De vermindering van entropie in een gesloten systeem leidt tot een toename van de concentratiegradiënt. Deze relatie speelt een even belangrijke rol voor de energiebalans als het ladingstransport tegen het elektrische veld of de rustmembraanpotentiaal.

Hoewel het een kwestie is van een ladings- of energiebalans in het systeem, moeten de deeltjesconcentratie en de verandering ervan afzonderlijk worden bekeken vanwege het selectief permeabele biomembraan. Energie voor actief transport komt enerzijds beschikbaar als chemische bindingsenergie, bijvoorbeeld in de vorm van de hydrolyse van ATP. Aan de andere kant kan de reductie van de ladingsgradiënt als drijvende kracht dienen en zo elektrische energie opwekken. De derde mogelijkheid om energie te leveren vloeit voort uit een toename van de entropie die aanwezig is in het betreffende communicerende systeem en dus uit de afname van een andere concentratiegradiënt. Transport tegen de elektrische gradiënt wordt elektrogeen genoemd. Afhankelijk van de energiebron en het soort werk wordt onderscheid gemaakt tussen primair, secundair en tertiair actief transport. Groepstranslocatie is een bijzondere vorm van actief transport.

In de eerste plaats vindt actief transport plaats wanneer ATP wordt verbruikt, met behulp waarvan anorganische ionen en protonen uit de cel worden uitgevoerd door ATPasen door een biomembraan te transporteren. Een ion wordt bijvoorbeeld met behulp van een ionenpomp van de lager geconcentreerde naar de hoger geconcentreerde kant gepompt.

De natrium-kaliumpomp is de belangrijkste toepassing van dit proces in het menselijk lichaam. Tijdens het consumeren van ATP pompt het positief geladen natriumionen en tegelijkertijd positief geladen kaliumionen in een cel. Op deze manier blijft het rustpotentieel van neuronen constant en kunnen actiepotentialen worden gegenereerd en doorgegeven.

Met secundair actief transport worden deeltjes langs de elektrochemische gradiënt getransporteerd. De potentiële energie van de gradiënt wordt gebruikt als aandrijving om een ​​tweede substraat in dezelfde richting tegen de elektrische gradiënt of concentratiegradiënt in te transporteren. Dit actieve transport speelt vooral een rol bij de natrium-glucose symport in de dunne darm. Als het tweede substraat in tegengestelde richting wordt getransporteerd, kan er ook actief secundair massatransport plaatsvinden, bijvoorbeeld bij natriumcalcium-antipoort met een natrium-calciumwisselaar.

Tertiair actief transport maakt gebruik van een concentratiegradiënt die wordt bepaald door secundair actief transport op basis van voornamelijk actief transport. Dit type transport speelt vooral een rol bij het di- en tripeptidetransport in de dunne darm, dat wordt uitgevoerd door de peptidetransporteur 1. De groepstranslocatie transporteert monosacchariden of suikeralcoholen als een speciale vorm van transport van actieve stoffen en verandert de transportstoffen chemisch door fosforylering. Het fosfoenolpyrodruivenzuurfosfotransferase-systeem is het belangrijkste voorbeeld van deze manier van transporteren.

Ziekten en aandoeningen

Zowel het energiemetabolisme als speciale transporteiwitten en transporteiwitten spelen een rol bij het actieve transport van stoffen. Zijn de betreffende transporteiwitten of enzymen door mutaties of fouten in de transcriptie van het genetisch materiaal niet in hun oorspronkelijk fysiologisch geplande vorm aanwezig, dan is het actieve transport van stoffen alleen maar moeilijker of in extreme gevallen helemaal niet meer mogelijk.

Sommige ziekten van de dunne darm worden bijvoorbeeld in verband gebracht met dit fenomeen. Ziekten met een verminderde ATP-toevoer kunnen ook verwoestende effecten hebben op het actieve transport van stoffen en functiestoornissen in verschillende organen veroorzaken. Slechts in enkele gevallen van dergelijke ziekten wordt slechts één orgaan aangetast. Energiestofwisselingsstoornissen zijn meestal multi-orgaanziekten die vaak een genetische basis hebben.

Bij alle mitochondriale ziekten wordt bijvoorbeeld het enzymsysteem aangetast, dat betrokken is bij de productie van energie door oxidatieve fosforylering. Deze aandoeningen omvatten in het bijzonder de verstoring van ATP-synthase. Dit enzym is een van de belangrijkste transmembraaneiwitten en komt bijvoorbeeld voor als transportenzym in de protonpomp. De belangrijkste taak van het enzym is om de synthase van ATP te katalyseren. Om energie te leveren, verbindt de ATP-synthase het energetisch begunstigde protontransport met de vorming van ATP langs de protongradiënt. Dit maakt ATP-synthase tot een van de belangrijkste energieomzetters in het menselijk lichaam en kan de ene vorm van energie omzetten in andere vormen van energie. Mitochondriale ziekten zijn storingen in de mitochondriale metabolische processen en leiden tot een verminderde prestatie van het lichaam als gevolg van de verminderde synthese van ATP.