Aktiver Transport - Vorlesungsnotizen 14 PDF

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Aktiver Transport - Vorlesungsnotizen 14...

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Aktiver Transport Aktive Transportmechanismen erfordern die Verwendung der Energie der Zelle, üblicherweise in Form von Adenosintriphosphat (ATP). Wenn sich eine Substanz gegen ihren Konzentrationsgradienten in die Zelle bewegen muss, dh wenn die Konzentration der Substanz in der Zelle größer ist als ihre Konzentration in der extrazellulären Flüssigkeit (und umgekehrt), muss die Zelle Energie verwenden, um die Substanz zu bewegen. Einige aktive Transportmechanismen bewegen Materialien mit kleinem Molekulargewicht, wie z. B. Ionen, durch die Membran. Andere Mechanismen transportieren viel .größere Moleküle

Elektrochemischer Gradient Wir haben einfache Konzentrationsgradienten differentielle Konzentrationen einer Substanz in einem Raum oder einer Membran - diskutiert, aber in lebenden Systemen sind Gradienten komplexer. Da sich Ionen in Zellen hinein und aus ihnen heraus bewegen und weil Zellen Proteine enthalten, die sich nicht über die Membran bewegen und meist negativ geladen sind, gibt es auch einen elektrischen Gradienten, eine Ladungsdifferenz, über die Plasmamembran. Das Innere lebender Zellen ist elektrisch negativ in Bezug auf die extrazelluläre

Flüssigkeit, in der sie gebadet werden, und zur gleichen Zeit haben Zellen höhere Konzentrationen von Kalium (K +) und niedrigere Konzentrationen von Natrium (Na +) als die extrazelluläre Flüssigkeit. In einer lebenden Zelle tendiert der Konzentrationsgradient von Na + dazu, ihn in die Zelle zu treiben, und der elektrische Gradient von Na + (ein positives Ion) tendiert auch dazu, ihn nach innen in das negativ geladene Innere zu treiben. Die Situation ist jedoch komplexer für andere Elemente wie Kalium. Der elektrische Gradient von K +, einem positiven Ion, neigt auch dazu, ihn in die Zelle zu treiben, aber der Konzentrationsgradient von K + neigt dazu, K + aus der Zelle zu treiben (Abbildung). Der kombinierte Gradient von Konzentration und elektrischer Ladung, der ein Ion beeinflusst, wird als sein elektrochemischer Gradient .bezeichnet

Gegen einen Farbverlauf bewegen Um Substanzen gegen eine Konzentration oder einen elektrochemischen Gradienten zu bewegen, muss die Zelle Energie verbrauchen. Diese Energie wird aus ATP gewonnen, das durch den Zellstoffwechsel erzeugt wird. Aktive Transportmechanismen, zusammen als Pumpen bezeichnet, wirken gegen elektrochemische Gradienten. Kleine Substanzen passieren ständig Plasmamembranen. Der aktive Transport hält die Konzentration von Ionen und anderen Substanzen aufrecht, die lebende Zellen angesichts dieser passiven Bewegungen benötigen. Ein Großteil der metabolischen Energie einer Zelle kann für die Aufrechterhaltung dieser Prozesse aufgewendet werden. (Die meiste metabolische Energie einer roten Blutzelle wird verwendet, um das Ungleichgewicht

zwischen äußerem und innerem Natrium- und Kaliumspiegel aufrechtzuerhalten, das von der Zelle benötigt wird.) Weil aktive Transportmechanismen vom Metabolismus einer Zelle für Energie abhängen, sind sie für viele metabolische Gifte empfindlich, die eingreifen mit .der Zufuhr von ATP Für den Transport von kleinmolekularem Material und kleinen Molekülen existieren zwei Mechanismen. Der primäre aktive Transport bewegt Ionen über eine Membran und erzeugt einen Ladungsunterschied über diese Membran, die direkt von ATP abhängig ist. Der sekundäre aktive Transport beschreibt die Bewegung von Material, die auf dem elektrochemischen Gradienten beruht, der durch den primären aktiven Transport, der .nicht direkt ATP erfordert, begründet ist

Carrier-Proteine für den aktiven Transport Eine wichtige Membranadaption für den aktiven Transport ist das Vorhandensein spezifischer Trägerproteine oder Pumpen, um die Bewegung zu erleichtern: Es gibt drei Arten dieser Proteine oder Transporter (Abbildung). Ein Uniporter trägt ein spezifisches Ion oder Molekül. Ein Symporter trägt zwei verschiedene Ionen oder Moleküle, beide in der gleichen Richtung. Ein Antiporter trägt auch zwei verschiedene Ionen oder Moleküle, aber in verschiedenen Richtungen. Alle diese Transporter können auch kleine, ungeladene organische Moleküle wie

Glukose transportieren. Diese drei Arten von Trägerproteinen finden sich auch in der erleichterten Diffusion, benötigen jedoch keine ATP, um in diesem Prozess zu arbeiten. Einige Beispiele für Pumpen für den aktiven Transport sind Na + -K + -ATPase, die Natriumund Kaliumionen trägt, und H + -K + -ATPase, die Wasserstoff- und Kaliumionen trägt. Beides sind antiporter Trägerproteine. Zwei weitere Trägerproteine sind Ca2 + -ATPase und H + -ATPase, die nur Calcium- bzw. nur .Wasserstoffionen tragen. Beide sind Pumpen

Primärer aktiver Transport Der primäre aktive Transport, der mit dem aktiven Transport von Natrium und Kalium funktioniert, ermöglicht den sekundären aktiven Transport. Die zweite Transportmethode wird immer noch als aktiv betrachtet, da sie von der Nutzung der Energie abhängt, wie auch der .Primärtransport Eine der wichtigsten Pumpen in Tierzellen ist die NatriumKalium-Pumpe (Na + -K + ATPase), die den elektrochemischen Gradienten (und die Korrelationen von Na + und K +) in den lebenden Zellen erhöht. Die NatriumKalium-Pumpe bewegt sich in der Zelle, während gleichzeitig Na + in einem Verhältnis von + zu + wird. Die Na + -K + -ATPase existiert in zwei Formen, unabhängig von ihrer Orientierung zum Inneren oder dem Äußeren der Zelle und ihrer Affinität für den Wasser- oder Kaliumionen. .Der Prozess steht aus den folgenden sechs Schritten Wenn das Enzym zum Inneren der Zelle hin orientiert ist, hat der Träger eine hohe Affinität für Natriumionen. Drei .Ionen binden an das Protein

ATP wird durch den Proteinträger hydrolysiert und eine .niederenergetische Phosphatgruppe gebunden Infolgebedürfnisse ändern die Form und orientieren sich wieder zum Äußeren der Membran hin. Die Affinität des Proteins zu Natrium nimmt ab und die drei Natriumionen .verlieren den Träger Die Formänderung erhöht die Affinität des Trägers für Kaliumionen und zwei solite Ionen binden an das Protein. Schließlich löscht die niederenergetische Phosphatgruppe .vom Träger ab Wenn die Phosphatgruppe entfernt ist und die Kalziumionen angehängt sind, positioniert sich das .Trägerprotein auch in das Innere der Zelle Das Trägerprotein hat in seiner neuen Konfiguration eine verärgerte Affinität für Kalium und die beiden Ionen werden in das Cytoplasma freigesetzt. Das Protein hat nun eine höhere Affinität für Natriumionen und den .Prozess von Neuem Als Folge dieses Prozesses sind mehr Dinge passierten. Ein dieser Punkt gibt mehr als einen Natriumionen außerhalb der Zelle als Innen und mehr als Innen. Bei je weils drei austretenden Natriumionen wandern zwei kaliumionen ein. Dad ist das Innere gegen den Äußeren etwas negativer. Dieser Ladungsunterschied ist wichtig, um den Sekundärprozess zu sichern. Die Natrium-KaliumPumpe ist eine elektrochemische Pumpe, die ein Stromungleichgewicht erzeugt, ist jedoch nicht in der .Lage, ein elektrisches Gleichgewicht zu erreichen

Sekundärer aktiver Transport ((Co-Transport

Der sekundäre aktive Transport bringt Natriumionen und möglicherweise andere Verbindungen in die Zelle. Da sich Natriumionenkonzentrationen aufgrund der Wirkung des primären aktiven Transportprozesses außerhalb der Plasmamembran aufbauen, wird ein elektrochemischer Gradient erzeugt. Wenn ein Kanalprotein existiert und offen ist, werden die Natriumionen durch die Membran gezogen. Diese Bewegung wird verwendet, um andere Substanzen zu transportieren, die sich durch die Membran an das Transportprotein anlagern können (Abbildung). Viele Aminosäuren, wie auch Glukose, gelangen auf diese Weise in eine Zelle. Dieser Sekundärprozess dient auch zur Speicherung von hochenergetischen Wasserstoffionen in den Mitochondrien von Pflanzen- und Tierzellen zur Produktion von ATP. Die potentielle Energie, die sich in den gespeicherten Wasserstoffionen ansammelt, wird in kinetische Energie umgewandelt, wenn die Ionen durch die ATP-Synthase des Kanalproteins strömen, und diese .Energie wird verwendet, um ADP in ATP umzuwandeln...