Passiver Transport und erleichterte Diffusion

Passiver Transport durch Biomembranen

• Der hydrophobe Schwanzbereich von Biomembranen stellt eine Barriere für die meisten Biomoleküle dar und verhindert den Durchtritt in und aus Zellen bzw. Zellkompartimenten.
• Selbst kleine, polare Wassermoleküle diffundieren nur langsam durch Biomembranen.
• Osmose benötigt eine semipermeable Membran, die gut wasserdurchlässig, aber undurchlässig für gelöste Stoffe ist.
• Zellen müssen Biomoleküle schnell mit ihrer Umgebung oder anderen Zellen austauschen können.

Erleichterte Diffusion durch Membranproteine

• Membranproteine ermöglichen eine schnelle Diffusion für viele Substanzen.
• Selektiv permeable Membranen können Teilchen nach Größe und chemischen Eigenschaften auswählen.
• Diffusion wird durch Membranproteine kontrolliert, die sich öffnen und schließen lassen.
• Aquaporine sind wichtige Membranproteine für die Osmose, da sie die Membran wasserdurchlässig machen.
• Aquaporine ermöglichen eine effiziente Diffusion von Wassermolekülen, wobei pro Sekunde 3 Milliarden Wassermoleküle passieren können.
• Zellen, die eine schnelle Wasserdiffusion benötigen, wie z.B. Nierenzellen, haben besonders viele Aquaporine.
• Kanalproteine ermöglichen den Durchtritt größerer Moleküle durch Membranen.
• Viele Kanalproteine sind gesteuert und öffnen/schließen sich auf elektrische oder chemische Signale hin.
• Kanalproteine lassen nur bestimmte Moleküle und Ionen passieren.

Erleichterte Diffusion mittels Carrierproteine

• Transportproteine binden zu transportierende Moleküle an einer passgenauen Bindestelle nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip.
• Solche Transportproteine werden auch Carrier genannt.
• Ein Glukose-Carrier bewirkt, dass Glukose entlang des Konzentrationsgefälles aus dem Blutplasma in Blutzellen diffundiert, wenn der Blutzuckerspiegel steigt.
• Der Carrier hat eine spezifische Bindestelle für Glucose.
• Substanzen strömen entlang ihres Konzentrationsgefälles, wenn eine Membran durchquert wird.
• Kanäle und Carrier können die Diffusion im Prinzip in beide Richtungen zulassen.
• Der Transport gelöster Substanzen erfolgt netto von der Seite mit der höheren Konzentration zu der mit der niedrigeren Konzentration.
• Der Transport erfordert kein weiteres Zutun und keine Energie der Zelle und wird daher als passiver Transport bezeichnet.

Aktiver Transport

• Die Konzentration an Kalium-Ionen (K+) in einer Pflanzenwurzelzelle beträgt ca. 10 mg/ml, während sie im Bodenwasser oft um den Faktor 1000 geringer ist.
• Kalium-Ionen gelangen durch aktiven Transport in die Pflanzenzelle.
• Aktiver Transport benötigt Energie, um eine Substanz gegen ein Konzentrationsgefälle über eine Membran zu transportieren.
• Ein Transportprotein bindet das Molekül auf der Seite niedrigerer Konzentration und entlässt es auf der anderen Seite.
• Uniport transportiert nur ein einziges Teilchen.
• Viele Transportproteine befördern zwei Substanzen gleichzeitig durch die Membran.
• Symport transportiert beide Teilchen in die gleiche Richtung.
• Antiport transportiert beide Teilchen in entgegengesetzte Richtungen.
• Der Transport von Protonen (H+) durch Protonenpumpen ist ein Beispiel für einen Uniport.
• Dieser H+-Transport verbraucht ATP (Adenosintriphosphat) und wird daher als primär aktiver Transport bezeichnet.

Sekundärer aktiver Transport

• ATP ist nur indirekt beteiligt.
• Es wird genutzt, um zunächst ein Konzentrationsgefälle von anderen Molekülen aufzubauen, oft von H+- oder Natrium-Ionen (Na+).
• Dieses Gefälle liefert die Energie für den sekundären Transport.
• H+- oder Na+-Ionen strömen entlang ihres Konzentrationsgefälles durch das Transportprotein zurück und sorgen dafür, dass das Teilchen, was aktiv transportiert werden soll, gegen das Konzentrationsgefälle die Membran überquert
• Voraussetzung ist ein Transportprotein, das bei jedem Transportvorgang beide Teilchen gleichzeitig transportiert, als Symport oder Antiport.