Stofftransport durch die Biomembran
Der Stofftransport durch die Biomembran ist ein essentieller Prozess für die Funktion von Zellen. Es gibt verschiedene Transportmechanismen, die je nach Art des zu transportierenden Stoffes und der Richtung des Transports zum Einsatz kommen.
Zunächst gibt es den Membranfluss, der das ständige Ineinanderübergehen der Membranen beschreibt. Dieser Prozess findet sowohl innerhalb als auch außerhalb der Zelle statt und umfasst folgende Mechanismen:
- Phagocytose: Hierbei werden feste Partikel von der Zelle aufgenommen.
- Pinocytose: Bei diesem Vorgang werden Flüssigkeit und gelöste Stoffe aufgenommen.
- Endocytose: Spezielle Rezeptorproteine in der Membran binden bestimmte Moleküle, woraufhin sich ummantelte Vesikel (Coated vesicles) bilden. Dadurch können große Mengen aufgenommen werden.
- Exocytose: Hierbei werden Abfallstoffe der Zellen, aber auch Sekrete ausgeschieden. An den Berührungsstellen verschmelzen die Membranen und es entsteht eine Öffnung, durch die der Inhalt nach außen abgegeben wird.
Highlight: Die Endocytose ermöglicht es Zellen, große Mengen spezifischer Moleküle aufzunehmen, indem diese an Rezeptorproteine in der Membran binden.
Der Stofftransport durch die Biomembran lässt sich in zwei Hauptkategorien unterteilen: passiver und aktiver Transport.
Passiver Transport:
Beim passiven Transport wandert der Stoff von selbst, ohne Energieaufwand aus dem Zellstoffwechsel, von der Membranseite mit hoher Konzentration zu der mit niedriger Konzentration. Die treibende Kraft ist das Konzentrationsgefälle oder der Konzentrationsgradient. Der passive Transport beruht auf Diffusion und kann auf zwei Arten erfolgen:
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Einfache/freie Diffusion:
- Transport ohne Energieaufwand in Richtung des Konzentrationsgefälles
- Transfer durch die Lipid-Doppelschicht
- Unspezifisch, d.h. nicht selektiv
- Große und kleine hydrophobe Moleküle wie O2 und CO2 werden befördert
- Linearer Zusammenhang zwischen Transportgeschwindigkeit und Konzentrationsunterschied
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Erleichterte Diffusion:
- Transfer nur in Richtung des Konzentrationsgefälles ohne Energieaufwand
- Transport über Kanalproteine oder spezifische Proteincarrier
- Reversible Änderung der Carrier-Gestalt bei Substratbindung
- Spezifischer Transfer
- Schneller als die freie Diffusion
- Transfer von Wassermolekülen durch hydrophile Tunnelproteine, die Aquaporine
- Transfer großer, polarer Stoffe
Beispiel: Ein Beispiel für erleichterte Diffusion ist der Transport von Glukose in rote Blutkörperchen durch spezielle Glukose-Transporter-Proteine.
Aktiver Transport:
Beim aktiven Transport wird der Stoff von der Membranseite mit der niedrigen Konzentration zu der Seite mit höherer Konzentration durch die Membran geschleust, also gegen das Konzentrationsgefälle. Da dieser Transport gewissermaßen "bergauf" erfolgt, benötigt er die Zufuhr von Energie aus dem Stoffwechsel der Zelle. Aktiver Transport ist nur durch Carrier-Proteine möglich.
Charakteristika des aktiven Transports:
- Transfer gegen das Konzentrationsgefälle unter ATP-Verbrauch
- Spezifischer Transfer durch Carriermoleküle
- Transport polarer Stoffe
Definition: Primär aktiver Transport bezeichnet den Prozess, bei dem Stoffe unter direkter ATP-Spaltung transportiert werden.
Die verschiedenen Transportproteine spielen eine entscheidende Rolle bei diesen Prozessen. Der Unterschied zwischen Carrier- und Kanalproteinen liegt in ihrer Funktionsweise: Während Kanalproteine passive Durchgänge für bestimmte Stoffe bilden, verändern Carrier-Proteine ihre Konformation, um Stoffe aktiv durch die Membran zu transportieren.
Vocabulary: Sekundär aktiver Transport ist ein Mechanismus, bei dem der Transport eines Stoffes gegen seinen Konzentrationsgradienten durch die Energie eines anderen Stoffes, der seinem Konzentrationsgradienten folgt, angetrieben wird.
Diese vielfältigen Transportmechanismen ermöglichen es der Zelle, ihre innere Umgebung präzise zu regulieren und mit ihrer Umgebung zu interagieren, was für alle Lebensprozesse von fundamentaler Bedeutung ist.
