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5.11: Primärer aktiver Transport
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Primärer aktiver Transport
 

PROTOKOLLE

5.11: Primärer aktiver Transport

Im Gegensatz zum passiven Transport wird beim aktiven Transport eine Substanz durch Membranen in eine Richtung entgegen ihrer Konzentration oder ihres elektrochemischen Gradienten bewegt. Es gibt zwei Arten von aktivem Transport: den primären aktiven Transport und den sekundären aktiven Transport. Beim primären aktiven Transport wird die chemische Energie von ATP genutzt, um Proteinpumpen anzutreiben, welche in die Zellmembran eingebettet sind. Mit der Energie von ATP transportieren die Pumpen Ionen gegen ihren elektrochemischen Gradienten in eine Richtung, in die sie sich normalerweise nur durch Diffusion nicht bewegen würden.

Beziehung zwischen Konzentration, elektrischen und elektrochemischen Gradienten

Man muss zuerst die Funktionsweise von elektrischen und Konzentrationsgradienten verstehen, um die Dynamik des aktiven Transports greifen zu können. Ein Konzentrationsgradient ist ein Unterschied in der Konzentration einer Substanz über eine Membran oder einen Raum hinweg. Moleküle und Ionen bewegen sich dann von der Seite mit dem höheren Konzentrationsgradienten auf die Seite des niedrigeren Gradienten. In vergleichbarer Weise ist ein elektrischer Gradient die Kraft, die sich aus der Differenz zwischen elektrochemischen Potenzialen auf jeder Seite der Membran ergibt. Auch das führt zur Bewegung von Ionen über die Membran, bis die Ladungen auf beiden Seiten der Membran ähnlich bzw. ausgeglichen sind. Ein elektrochemischer Gradient wird erzeugt, wenn die Kräfte eines chemischen Konzentrationsgradienten und eines elektrischen Ladungsgradienten kombiniert werden.

Die Natrium-Kalium-Pumpe

Ein für die Aufrechterhaltung des elektrochemischen Gradienten in den Zellen verantwortlicher wichtiger Transporter ist die Natrium-Kalium-Pumpe. Der primäre aktive Transport der Pumpe tritt auf, wenn sie so ausgerichtet ist, dass sie die Membran mit geschlossener extrazellulärer Seite und offener intrazellulärer Region überspannt und mit einem ATP-Molekül assoziiert. In dieser Anordnung hat die Transportpumpe eine hohe Affinität für Natriumionen, die normalerweise nur in geringen Konzentrationen in der Zelle vorhanden sind. Drei dieser Ionen dringen in die Pumpe ein und lagern sich an ihr an. Eine solche Bindung ermöglicht es ATP, eine seiner Phosphatgruppen auf den Transporter zu übertragen. So wird die Energie bereitgestellt wird, welche benötigt wird, um die intrazelluläre Seite der Pumpe zu schließen und den extrazellulären Bereich zu öffnen.

Die Änderung der Struktur vermindert die Affinität der Pumpe für Natriumionen, die in den extrazellulären Raum abgegeben werden. Gleichzeitig wird jedoch die Affinität für Kalium erhöht. Dadurch kann die Pumpe zwei Kaliumionen, die in geringer Konzentration in der extrazellulären Umgebung vorhanden sind, binden. Die extrazelluläre Seite der Pumpe schließt sich dann und die von ATP abgeleitete Phosphatgruppe auf dem Transporter löst sich ab. Dadurch kann sich ein neues ATP-Molekül mit der intrazellulären Seite der Pumpe binden, die sich öffnet und es den Kaliumionen ermöglicht, in die Zelle zu gelangen und den Transporter in seine Ausgangsform zurückzubringen. So beginnt der Zyklus erneut.


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