Kann Glukose durch einfache Diffusion durch die Zellmembran diffundieren?

Glukose ist ein Zucker mit sechs Kohlenstoffatomen, der direkt von den Zellen metabolisiert wird, um Energie bereitzustellen. Die Zellen entlang Ihres Dünndarms nehmen Glukose zusammen mit anderen Nährstoffen aus der Nahrung auf, die Sie essen. Ein Glukosemolekül ist zu groß, um durch einfache Diffusion eine Zellmembran zu passieren. Stattdessen unterstützen Zellen die Glukosediffusion durch erleichterte Diffusion und zwei Arten von aktivem Transport.

Eine Zellmembran besteht aus zwei Phospholipidschichten, in denen jedes Molekül einen einzelnen Phosphatkopf und zwei Lipid- oder Fettsäureschwänze enthält. Die Köpfe richten sich entlang der inneren und äußeren Grenzen der Zellmembran aus, während die Schwänze den Raum dazwischen einnehmen. Nur kleine, unpolare Moleküle können durch einfache Diffusion die Membran passieren. Die Lipidschwänze stoßen polare oder teilweise geladene Moleküle ab, die viele wasserlösliche Substanzen wie Glukose enthalten. Die Zellmembran ist jedoch mit Transmembranproteinen gespickt, die den Durchgang für Moleküle ermöglichen, die die Schwänze sonst blockieren würden.

Die erleichterte Diffusion ist ein passiver Transportmechanismus, bei dem Trägerproteine ​​Moleküle durch die Zellmembran schleusen, ohne die Energieversorgung der Zelle zu nutzen. Stattdessen wird die Energie durch den Konzentrationsgradienten bereitgestellt, was bedeutet, dass Moleküle von höheren zu niedrigeren Konzentrationen in die oder aus der Zelle transportiert werden. Die Trägerproteine ​​binden an Glukose, wodurch sie ihre Form ändern und die Glukose von einer Seite der Membran auf die andere verlagern. Rote Blutkörperchen verwenden eine erleichterte Diffusion, um Glukose zu absorbieren.

Die Zellen entlang des Dünndarms nutzen den primären aktiven Transport, um sicherzustellen, dass Glukose nur in eine Richtung fließt: von der verdauten Nahrung in das Innere der Zellen. Aktive Transportproteine ​​verwenden Adenosintriphosphat (ATP), das Energiespeichermolekül der Zelle, um Glukose entweder mit oder gegen den Konzentrationsgradienten in die Zelle zu pumpen. Die Transportproteine ​​werden als ATPase-Enzyme bezeichnet, weil sie eine Phosphatgruppe von ATP befreien und die dabei entstehende Energie für ihre Arbeit nutzen können. Aktiver Transport stellt sicher, dass Glukose in Zeiten des Glukosemangels nicht aus den Dünndarmzellen austritt.

Sekundärer aktiver Transport ist eine weitere Methode, mit der Zellen Glukose importieren. Bei dieser Methode importiert ein Transmembranprotein, das als Symporter bekannt ist, zwei Natriumionen für jedes importierte Glukosemolekül. Die Methode verwendet kein ATP, sondern beruht stattdessen auf dem höheren Konzentrationsgradienten von Natrium außerhalb der Zelle relativ zum Zellinneren. Die positiv geladenen Natriumionen liefern elektrochemische Energie, um Glukose mit oder gegen den Glukosekonzentrationsgradienten zu importieren. Der sekundäre aktive Transport wird von Zellen im Dünndarm, Herz, Gehirn, den Nieren und bestimmten anderen Organen genutzt.