Was ist aktiver Transport?
Aktiver Transport ist das Pumpen von gelösten Stoffen über eine biologische Membran gegen ihre Konzentration oder ihren elektrochemischen Gradienten. Die Fähigkeit der Zellen, kleine gelöste Stoffe im Zytoplasma in Konzentrationen zu halten, die höher sind als die der umgebenden Flüssigkeit, ist ein wesentlicher Faktor für das Überleben der Zellen. Beispielsweise behalten viele tierische Zellen Konzentrationen von Natrium und Kalium bei, die sich signifikant von denen ihrer Umgebung unterscheiden. Durch aktiven Transport können Zellen nicht nur lebensfähige gelöste Stoffe aufrechterhalten, sondern auch Ionen über einen elektrochemischen Gradienten pumpen. Dieser Prozess erzeugt eine Spannung über der Membran, die zur Stromversorgung von Zellen genutzt werden kann.
Um den aktiven Transport zu verstehen, muss man zuerst den passiven Transport verstehen. Gemäß dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik bewegen sich Partikel ohne zusätzlichen Energieeintrag immer von einem Zustand der Ordnung in einen Zustand der Unordnung. Im Falle des Mobilfunkverkehrs bedeutet dies, dass kleine gelöste Stoffe von geordneteren Regionen hoher Konzentration in weniger geordnete Regionen niedriger Konzentration übergehen. Dies wird als Diffusion in einem Konzentrationsgradienten bezeichnet . Passiver Transport ist die natürliche Bewegung von gelösten Stoffen über eine Membran entlang des Konzentrationsgradienten.
Während des aktiven Transports muss die Zelle gegen die natürliche Diffusion von gelösten Stoffen wirken. Dazu werden spezialisierte Transportproteine in die Zellmembran eingebettet. Angetrieben von Adenosintriphosphat (ATP) bewegen Transportproteine bestimmte gelöste Stoffe selektiv in die Zelle hinein oder aus der Zelle heraus. Ein üblicher Weg, wie ATP diese Arbeit antreibt, besteht darin, seine terminale Phosphatgruppe an das Transportprotein zu spenden, wodurch eine Formänderung im Proteinmolekül ausgelöst wird. Die Konformationsänderung bewirkt, dass das Protein gelöste Stoffe, die an seiner extrazellulären Oberfläche gebunden sind, in das Zellinnere wandert und diese freisetzt.
Ein Beispiel für diese Art von aktivem Transportprotein ist die Natrium-Kalium-Pumpe . Die meisten tierischen Zellen enthalten eine höhere Kalium- und eine niedrigere Natriumkonzentration als die extrazelluläre Umgebung. Da Natriumionen eine positive Ladung und Kaliumionen eine negative Ladung tragen, repräsentiert dieses Ungleichgewicht nicht nur einen Konzentrationsgradienten, sondern auch einen elektrochemischen Gradienten. Natrium-Kalium-Pumpen bewegen drei Natriumionen pro zwei Kaliumionen aus der Zelle, was zu einer negativen Nettoladung der gesamten Zelle führt. Der Ladungsunterschied auf jeder Seite der Zellmembran erzeugt eine Spannung - das Membranpotential -, die es der Zelle ermöglicht, als Batterie zu fungieren und die Zellarbeit anzutreiben.
Wie bereits erwähnt, wird der aktivste Transport vom Molekül ATP angetrieben. Manchmal kann sich ein gelöster Stoff jedoch in eine Zelle bewegen, indem er die Diffusion anderer Substanzen ausnutzt. Während sich diffundierende Substanzen entlang eines zuvor durch aktiven Transport erzeugten Gradienten in die Zelle bewegen, können sich andere gelöste Stoffe an sie binden und gleichzeitig die Membran passieren. Dies ist die Form des Membrantransports, der dafür verantwortlich ist, dass Saccharose in Pflanzenzellen sowie Kalzium und Glukose in tierische Zellen transportiert werden.