FA: Grundlagen Transportsysteme

• Osmose

• Diffusion

• Stofftransport durch Biomembranen

• ohne Energiebeteiligung, benötigt keine zusätzliche Energie

• funktioniert durch Konzentrationsgefälle

• Bewegung von höherer zu niedrigerer Konzentration

• Nettobewegung von Molekülen von einem Bereich höherer Konzentration in einem Bereich niedrigerer Konzentration

• bis zum Erreichen einer gleichmäßigen Verteilung im Raum (Konzentrationsausgleich)

• ist ein passiver Transportprozess-> keine Stoffwechselenergie muss aufgewendet werden

  
  

• Diffusion durch eine semipermeable Membran

• Moleküle bewegen sich mit dem Konzentrationsgefälle

• von zB.: kleinen, ungeladenen zT polaren Molkülen wie Harnstoff, Ethanol (kleine organische Moleküle)

• freie Diffusion

• erleichterte Diffusion

• Stoffausgleich durch Membran

• kleine, unpolaren (ungeladene)Moleküle: Sauerstoff, CO2, N2; aber auch Wasser (polar; durch Aquaporine)

• keine weiteren Transportmoleküle nötig

• einfachste Art

• mithilfe eines Protreins (-> Kanalprotein= kanalvermittelt; Transportprotein/Carrier= carriervermittelt)

• sehr kleine geladenen Moleküle: Ionen-> Na+, Cl-

• ermöglicht Ionen zu diffundieren; trotz angelagerter Hydrathülle (Ionen damit zu groß um so Membran zu durchqueren)

• nur mithilfe von Energie, Verbrauch von ATP

• Moleküle bewegen sich gegen das Konzentrationsgefälle

• zB: große, polare Moleküle: wie ATP, AS und Glukose

• primär aktiver Transport

• sekundär aktiver Transport

• tertiär aktiver Transport

• Energie durch Spaltung von ATP

• Aktivierung von Transportproteinen-> Ionentransport entgegen Konzentrationsgefälle

• zB Natrium-Kalium-Pumpe/ Na-Ka-ATPase

  • pumpt 3 Na+ aus Zelle raus und 2 K+ hinein (Antiport)

  • obwohl beide Ionensorten bereits dort in höheren Konzetrationen vorliegen

• baut auf primär aktiven Trasport aus

• ATP wird nicht direkt verbraucht

• stattdessen nutz bereits bestehendes Konzentrationsgefälle (Gradient) von primären Transport als Energiequelle

• bestimmte Ionen wandern mit Konzentrationsgefälle, andere gegen ihr Gefälle

• zB: Calcium-Pumpe

  • Na/K/ATPase baut ein Na+ Gefälle im Zelläußeren auf (primär)

  • Ca2+ Konzentration ist im Zellaußenraum höher als im Zellinnenraum

  • Na+ strebt Konzentrationsausgleich an-> wandern Richtung Gefälle in Zellinnenraum (via Pumpe) -> dadurch Treiben sekundär aktiven Transport von Calcium an (entgegen des Gradienten)

• nutzt Konzentrationsgefälle des sekundären Transports

• andere Moleküle können entgegen des Gradienten ausgetauscht werden mit anderen Molekülen dessen aktiver Transport zuvor erfolgte

• Transport durch Carrier-Proteine (integrale Membranproteine)

• für den aktiven und passiven Transport von spezifischen Molekülen oder Ionen

• aktive Transport benötigt allerdings Energie (ATP)

• zu transportierende Moleküle: z. B. Glucose oder Aminosäuren; auch Ionen (einwertig und zweiwertig) wie z.B. Na+, H+, Ca2+, und Cl- handelt.

• Bindung von zu transportierenden Ionen oder Moleküle (Substrate) an das Carrier-Protein->Konformitätsänderung

• Transport der Substrate und der Carrier kehrt wieder in seinen Ausgangszustand zurück

  -> substratspezifisch (Schlüssel-Schloss-Prinzip) und selektiver Transport

• Bindung eines Liganden bzw. Agonisten (Signalmöleküls) an Rezeptor

  -> Konformationsänderung des Ionenkanals

• Öffnung des Kanals: selektiver oder unselektiver - Einstrom von

• Veränderung des Membranpotenzial (Na+, K+, Ca2+, Cl-)

• schnelle Antwort

• zB: nikotinischer Acetylcholinrezeptor

  
  

  

• Transport über Ionenpumpen regulierter Austausch von Ionen durch die Membran

• um Konzentrationsunterschiede der Ionen zwischen den beiden Seiten der Membran aufrechtzuerhalten

• spezifisch

Grundsätzlich unterscheidet man zwei Arten von Ionenpumpen.

• Pumpen des aktiven Transports,unter Hydrolyse von ATP zu ADP bestimmte Ionen entgegen jeweiligen Konzentrationsgradienten transportiert werden

  • zB: Natrium-Kalium-Ionenpumpe (ATPase), die das Ruhepotential in den Nervenzellen aufrecht erhält

• zweiten Typ von Ionenpumpen bezeichnet man Transmembranproteine, welche Ionen entlang eines Konzentrationsgradienten durchlassen und dabei ADP zu ATP umwandeln

  -> Ausnutzen der Energie des Gradienten ausnutzen

  • zum Beispiel bei der ATP-Synthase in den Mitochondrien: Synthese von ATP aus ADP unter Ausnutzung eines Protonengradienten

• sind Transmembranproteine die positiv geladenen Wasserstoffionen (Protonen) über eine biologische Membran, gegen einen elektrochemischen Gradienten, transportieren

• zB: redoxgetriebene Protonenpumpen in Mitochondrien und Chloroplasten

  • Funktion: Aufbau elektrochemischen Protonengradienten (pH-Gradient), von ATP-Synthase zur Erzeugung chemischer Energie in Form von ATP benötigt (Atmungskette in Mitochondrien)

• in Belegzellen im Magen findet sich die Protonen-Kalium-Pumpe (H+/K+-ATPase): Erzeugung HCl mit Cl- Ionenkanälen

• Weg zur Synthese von ATP aus ADP in lebenden Zellen (neben der Substratkettenphosphorylierung)

• Nutzung der Energie eines Protonengradienten

• durch Aktivität von Protonenpumpen Aufbau unterschiedliche pH-Werte (ein Konzentrationsgefälle von H3+-Ionen → Protonengradient) auf beiden Seiten

• Vorgang verbraucht Energie

• Transmembranprotein ATP-Synthase nutzt Rücktransport von Protonen (entlang Konzentrationsgefälles) zur Synthese von ATP aus ADP

• Energie zum Gradientenaufbau stammt entweder aus Differenz der Redoxpotentiale bei der Oxidation energiereicher Stoffe (oxidative Phosphorylierung) oder Lichtenergie (Photophosphorylierung).

Uniport: Proteine, Transport von maximal einem Molekül zeitgleich in eine Richtung

• zB Glukose Transporter

Symport: Proteine, Transport von zwei Molekülen zeitgleich, nur in dieselbe Richtung

• zB Natrium-Glukose-Symport

Antiport: Proteine, Transport von zwei Molekülen zeitgleich, nur in entgegengesetzte Richtungen

• zB Natrium-Calcium-Austauscher

• bezeichnet Membransäckchen, die einen nicht plasmatischen Raum einschließen

• Aufgabe: Substanzen in der Zelle zu transportieren und zu speichern

• ER Vesikel: transportieren Proteine/Enzyme zB zum Golgi Apparat

• Golgi-Vesikel: transportieren Enzyme zB an Zelloberfläche

• Lysosomen: verantwortlich für Abbauvorgänge

• Peroxisomen: Abbau von Giftstoffen

• Aufnahme von festen Substanzen (~Phagocytose) und flüssigen bzw. gelösten Substanzen (~Pinocytose) in eukaryotischen Zellen

• Einstülpung der Plasmamembran und Abschnürung von Endosomen

• Form der Endozytose, spezifische Aufnahme von Substanzen durch Bindung an Rezeptoren (Rezeptorproteine)

• Bindung von Ligand an Rezeptor führt zu Konformationsänderung

• Funktion: Verbindungen in hohen Konzentrationen in Zelle aufgenommen werden (ohne Aufnahme von viel Flüssigkeit)-zB LDL; Eisen

• in welchem Umfang Endocytose eines Liganden, ist abhängig von Konzentration des entsprechenden Rezeptors auf Zelloberfläche

  ->Benötigt Zelle z.B. Cholesterin, vermehrte Bildung von LDL-Rezeptoren

• Abgabe von Substanzen aus der Zelle

• Verschmelzen der Vesikelmembran mit Zellmembran; Entlassen des Vesikelinhalts aus Zelle