Aktiver Transport: Ein Überblick über Primär & Sekundär

Aktiver Transport benötigt Energie, um zu funktionieren, und so bewegt eine Zelle Moleküle. Der Transport von Materialien in und aus den Zellen ist für die Gesamtfunktion unerlässlich.

Aktiver Transport und passiver Transport sind die beiden Hauptwege, mit denen Zellen Substanzen transportieren. Im Gegensatz zum aktiven Transport benötigt der passive Transport keine Energie. Der einfachere und billigere Weg ist der passive Transport; die meisten Zellen sind jedoch auf aktiven Transport angewiesen, um am Leben zu bleiben.

Zellen müssen oft aktiven Transport nutzen, weil es keine andere Wahl gibt. Manchmal funktioniert die Diffusion bei Zellen nicht. Aktiver Transport verbraucht Energie wie Adenosintriphosphat (ATP) Moleküle gegen ihren Konzentrationsgradienten zu bewegen. Üblicherweise ist an dem Prozess ein Proteinträger beteiligt, der den Transfer unterstützt, indem er die Moleküle in das Zellinnere transportiert.

Zum Beispiel möchte eine Zelle möglicherweise Zuckermoleküle ins Innere bewegen, aber der Konzentrationsgradient lässt möglicherweise keinen passiven Transport zu. Bei einer geringeren Zuckerkonzentration innerhalb der Zelle und einer höheren Konzentration außerhalb der Zelle kann ein aktiver Transport die Moleküle gegen den Gradienten bewegen.

Zellen verwenden einen großen Teil der Energie, die sie für den aktiven Transport erzeugen. Tatsächlich geht in einigen Organismen der Großteil des erzeugten ATP für den aktiven Transport und die Aufrechterhaltung bestimmter Molekülspiegel in den Zellen.

Elektrochemische Gradienten haben unterschiedliche Ladungen und chemische Konzentrationen. Sie existieren über eine Membran, weil einige Atome und Moleküle elektrische Ladungen haben. Dies bedeutet, dass es eine elektrische Potenzialdifferenz oder Membranpotential.

Manchmal muss die Zelle mehr Verbindungen einbringen und sich gegen den elektrochemischen Gradienten bewegen. Dies erfordert Energie, zahlt sich aber in einer besseren Gesamtzellfunktion aus. Es wird für einige Prozesse benötigt, wie zum Beispiel die Aufrechterhaltung von Natrium- und Kaliumgradienten in den Zellen. Zellen haben normalerweise weniger Natrium und mehr Kalium im Inneren, daher neigt Natrium dazu, in die Zelle einzudringen, während Kalium austritt.

Aktiver Transport lässt die Zelle sie gegen ihre üblichen Konzentrationsgradienten bewegen.

Der primäre aktive Transport verwendet ATP als Energiequelle für die Bewegung. Es bewegt Ionen durch die Plasmamembran, wodurch ein Ladungsunterschied entsteht. Oft tritt ein Molekül in die Zelle ein, wenn ein anderer Molekültyp die Zelle verlässt. Dies erzeugt sowohl Konzentrations- als auch Ladungsunterschiede über die Zellmembran.

Das Natrium-Kalium-Pumpe ist ein wesentlicher Bestandteil vieler Zellen. Die Pumpe befördert Natrium aus der Zelle, während Kalium nach innen transportiert wird. Die Hydrolyse von ATP gibt der Zelle die Energie, die sie während des Prozesses benötigt. Die Natrium-Kalium-Pumpe ist eine P-Typ-Pumpe, die drei Natriumionen nach außen und zwei Kaliumionen nach innen bringt.

Die Natrium-Kalium-Pumpe bindet ATP und die drei Natriumionen. Dann erfolgt die Phosphorylierung an der Pumpe, so dass sie ihre Form ändert. Dadurch kann das Natrium die Zelle verlassen und die Kaliumionen aufgenommen werden. Als nächstes kehrt sich die Phosphorylierung um, was wiederum die Form der Pumpe ändert, sodass Kalium in die Zelle gelangt. Diese Pumpe ist wichtig für die gesamte Nervenfunktion und kommt dem Organismus zugute.

Es gibt verschiedene Arten von primären aktiven Transportern. P-Typ ATPase, wie die Natrium-Kalium-Pumpe, kommt in Eukaryoten, Bakterien und Archaeen vor.

Sie können ATPase vom P-Typ in Ionenpumpen wie Protonenpumpen, Natrium-Kalium-Pumpen und Kalziumpumpen sehen. F-Typ ATPase existiert in Mitochondrien, Chloroplasten und Bakterien. ATPase vom V-Typ existiert in Eukaryoten, und die ABC-Transporter (ABC bedeutet "ATP-bindende Kassette") existiert in beiden Prokaryoten und Eukaryoten.

Sekundärer aktiver Transport nutzt elektrochemische Gradienten zum Transport von Stoffen mit Hilfe von a help Mittransporter. Es ermöglicht den transportierten Substanzen dank des Cotransporters, ihren Gradienten nach oben zu bewegen, während sich das Hauptsubstrat seinen Gradienten hinunter bewegt.

Im Wesentlichen nutzt der sekundäre aktive Transport die Energie aus den elektrochemischen Gradienten, die der primäre aktive Transport erzeugt. Dies ermöglicht es der Zelle, andere Moleküle wie Glukose ins Innere zu bringen. Sekundärer aktiver Transport ist wichtig für die gesamte Zellfunktion.

Sekundärer aktiver Transport kann jedoch auch Energie wie ATP durch den Wasserstoffionengradienten in den Mitochondrien erzeugen. Beispielsweise kann die Energie, die sich in den Wasserstoffionen ansammelt, genutzt werden, wenn die Ionen das Kanalprotein ATP-Synthase passieren. Dadurch kann die Zelle ADP in ATP umwandeln.

Trägerproteine ​​oder Pumpen sind ein wesentlicher Bestandteil des aktiven Transports. Sie helfen beim Transport von Materialien in der Zelle.

Es gibt drei Haupttypen von Trägerproteinen: Uniporter, Symportanten und Antiporter.

Uniporter tragen nur eine Art von Ionen oder Molekülen, Symporter können jedoch zwei Ionen oder Moleküle in die gleiche Richtung tragen. Antiporter können zwei Ionen oder Moleküle in verschiedene Richtungen transportieren.

Es ist wichtig zu beachten, dass Trägerproteine ​​im aktiven und passiven Transport auftreten. Manche brauchen keine Energie, um zu arbeiten. Die beim aktiven Transport verwendeten Trägerproteine ​​benötigen jedoch Energie, um zu funktionieren. ATP ermöglicht es ihnen, Formänderungen vorzunehmen. Ein Beispiel für ein Antiporter-Trägerprotein ist Na+-K+ATPase, die Kalium- und Natriumionen in der Zelle bewegen kann.

Endozytose und Exozytose sind auch Beispiele für aktiven Transport in der Zelle. Sie ermöglichen die Massentransportbewegung in und aus Zellen über Vesikel, sodass Zellen große Moleküle übertragen können. Manchmal brauchen Zellen ein großes Protein oder eine andere Substanz, die nicht durch die Plasma Membran oder Transportkanäle.

Für diese Makromoleküle, Endozytose und Exozytose sind die besten Optionen. Da sie aktiven Transport nutzen, brauchen sie beide Energie, um zu arbeiten. Diese Prozesse sind für den Menschen wichtig, da sie eine Rolle bei der Nervenfunktion und der Funktion des Immunsystems spielen.

Während der Endozytose verbraucht die Zelle ein großes Molekül außerhalb ihrer Plasmamembran. Die Zelle verwendet ihre Membran, um das Molekül zu umgeben und zu essen, indem sie sich darüber faltet. Dadurch entsteht ein Vesikel, ein von einer Membran umgebener Sack, der das Molekül enthält. Dann löst sich das Vesikel von der Plasmamembran und bewegt das Molekül in das Innere der Zelle.

Die Zelle kann nicht nur große Moleküle verbrauchen, sondern auch andere Zellen oder Teile davon essen. Die zwei Hauptarten der Endozytose sind Phagozytose und Pinozytose. Phagozytose ist, wie eine Zelle ein großes Molekül isst. Pinozytose ist, wie eine Zelle Flüssigkeiten wie extrazelluläre Flüssigkeit trinkt.

Einige Zellen verwenden ständig Pinocytose, um kleine Nährstoffe aus ihrer Umgebung aufzunehmen. Zellen können die Nährstoffe in kleinen Bläschen halten, sobald sie sich im Inneren befinden.

Phagozyten sind Zellen, die Phagozytose verwenden, um Dinge zu konsumieren. Einige Beispiele für Fresszellen im menschlichen Körper sind weiße Blutkörperchen, sowie Neutrophile und Monozyten. Neutrophile bekämpfen eindringende Bakterien durch Phagozytose und helfen zu verhindern, dass die Bakterien Sie verletzen, indem sie die Bakterien umgeben, konsumieren und somit zerstören.

Monozyten sind größer als Neutrophile. Sie verwenden die Phagozytose jedoch auch, um Bakterien oder abgestorbene Zellen zu verzehren.

Ihre Lunge hat auch Fresszellen namens Makrophagen. Wenn Sie Staub einatmen, gelangt ein Teil davon in Ihre Lunge und gelangt in die so genannten Luftsäcke Alveolen. Dann können die Makrophagen den Staub angreifen und ihn umgeben. Sie schlucken im Wesentlichen den Staub, um Ihre Lunge gesund zu halten. Obwohl der menschliche Körper über ein starkes Abwehrsystem verfügt, funktioniert es manchmal nicht gut.

Zum Beispiel können Makrophagen, die Kieselsäurepartikel verschlucken, sterben und giftige Substanzen abgeben. Dadurch kann sich Narbengewebe bilden.

Amöben sind einzellig und ernähren sich von der Phagozytose. Sie suchen nach Nährstoffen und umgeben sie; dann verschlingen sie die Nahrung und bilden eine Nahrungsvakuole. Als nächstes das Essen Vakuole verbindet sich mit einem Lysosom innerhalb der Amöben, um die Nährstoffe abzubauen. Das Lysosom hat Enzyme, die den Prozess unterstützen.

Rezeptor-vermittelte Endozytose ermöglicht es den Zellen, bestimmte Arten von Molekülen zu konsumieren, die sie benötigen. Rezeptorproteine unterstützen diesen Prozess, indem sie sich an diese Moleküle binden, sodass die Zelle ein Vesikel bilden kann. Dadurch können die spezifischen Moleküle in die Zelle eindringen.

Normalerweise wirkt die rezeptorvermittelte Endozytose zugunsten der Zelle und ermöglicht es ihr, wichtige Moleküle einzufangen, die sie benötigt. Viren können den Prozess jedoch ausnutzen, um in die Zelle einzudringen und sie zu infizieren. Nachdem sich ein Virus an eine Zelle angeheftet hat, muss es einen Weg finden, in die Zelle einzudringen. Viren erreichen dies, indem sie an Rezeptorproteine ​​binden und in die Vesikel eindringen.

Während der Exozytose verbinden sich Vesikel innerhalb der Zelle mit der Plasmamembran und geben ihren Inhalt frei; der Inhalt wird außerhalb der Zelle verschüttet. Dies kann passieren, wenn eine Zelle sich bewegen oder ein Molekül loswerden möchte. Protein ist ein häufig vorkommendes Molekül, das Zellen auf diese Weise übertragen möchten. Exozytose ist im Wesentlichen das Gegenteil von Endozytose.

Der Prozess beginnt damit, dass ein Vesikel mit der Plasmamembran verschmilzt. Als nächstes öffnet sich das Vesikel und gibt die Moleküle im Inneren frei. Sein Inhalt gelangt in den extrazellulären Raum, damit andere Zellen ihn nutzen oder zerstören können.

Zellen nutzen Exozytose für viele Prozesse, wie die Sekretion von Proteinen oder Enzymen. Sie können es auch verwenden für Antikörper oder Peptidhormone. Einige Zellen verwenden sogar Exozytose, um Neurotransmitter und Plasmamembranproteine ​​​​zu bewegen.

Es gibt zwei Arten von Exozytose: kalziumabhängige Exozytose und kalziumunabhängige Exozytose. Wie der Name vermuten lässt, beeinflusst Calcium die kalziumabhängige Exozytose. Bei der kalziumunabhängigen Exozytose spielt Kalzium keine Rolle.

Viele Organismen verwenden eine Organelle namens Golgi-Komplex oder Golgi-Apparat um die Vesikel zu erzeugen, die aus den Zellen exportiert werden. Der Golgi-Komplex kann sowohl Proteine ​​als auch Lipide modifizieren und verarbeiten. Es verpackt sie in sekretorische Vesikel, die den Komplex verlassen.

Im reguliert Exozytose, die Zelle braucht extrazelluläre Signale Materialien herauszubewegen. Dies ist normalerweise bestimmten Zelltypen wie sekretorischen Zellen vorbehalten. Sie können Neurotransmitter oder andere Moleküle herstellen, die der Organismus zu bestimmten Zeiten in bestimmten Mengen benötigt.

Der Organismus benötigt diese Stoffe möglicherweise nicht ständig, daher ist eine Regulierung ihrer Sekretion erforderlich. Im Allgemeinen haften die sekretorischen Vesikel nicht lange an der Plasmamembran. Sie liefern die Moleküle und entfernen sich selbst.

Ein Beispiel dafür ist ein Neuron, das Neurotransmitter. Der Prozess beginnt damit, dass eine Neuronenzelle in Ihrem Körper ein mit Neurotransmittern gefülltes Vesikel erzeugt. Dann wandern diese Vesikel zur Plasmamembran der Zelle und warten.

Als nächstes erhalten sie ein Signal, an dem Kalziumionen beteiligt sind, und die Vesikel gehen zur präsynaptischen Membran. Ein zweites Signal von Calciumionen weist die Vesikel an, sich an die Membran zu binden und mit ihr zu verschmelzen. Dadurch können die Neurotransmitter freigesetzt werden.

Aktiver Transport ist ein wichtiger Prozess für Zellen. Sowohl Prokaryoten als auch Eukaryoten können es verwenden, um Moleküle in ihre Zellen hinein und aus ihnen heraus zu bewegen. Aktiver Transport benötigt Energie wie ATP, um zu funktionieren, und manchmal ist dies die einzige Möglichkeit, wie eine Zelle funktionieren kann.

Zellen sind auf aktiven Transport angewiesen, da die Diffusion ihnen möglicherweise nicht das bringt, was sie wollen. Aktiver Transport kann Moleküle gegen ihren Konzentrationsgradienten bewegen, sodass Zellen Nährstoffe wie Zucker oder Proteine ​​aufnehmen können. Bei diesen Prozessen spielen Proteinträger eine wichtige Rolle.