Membrantransport Flashcards
Kompartimentierung
Schaffung von Reaktionsräumen
– Vereinigung von Reaktionspartnern und Trennung von unerwünschten Substanzen – Vermeidung nutzloser Zyklen und Möglichkeit von gegenläufigen Prozessen:
z.B. Stärkesynthese im Amyloplasten, gleichzeitig Glykolyse im Zytoplasma
Selektive Permeabilität
Aufnahme und Ausschleusen von Substanzen durch die Membran
ergibt sich aus den verfügbaren Transportsystemen (integrale Membranproteinen)
Import/Export
von Mineralien und Ausschluss von Abfallprodukten, Transport von Metaboliten und Proteinen
- anderer Materialtransport in Vesikeln
Energieerzeugung
Aufbau von Protonengradienten,
Umwandlung von Sonnenenergie in biologisch verwertbare Energie ATP Gewinnung durch mitochondriale Respiration
Wahrnehmung/Weiterleitung von Signalen
Signaltransduktion): [Ca2+] Import/Export in das Zytoplasma,
Vermittlung von Signalen für Wachstum und Entwicklung auszubreiten.
Turgor
Positiver Druck auf die Zellwand, der für Struktur und Festigkeit der
Pflanze sorgt.
Diffusion 1 Substanz
Nettobewegung vom Bereich höherer zu dem Bereich niedriger Konzentration (entlang eines Konzentrationsgradientens)
Diffusion 2 Substanzen
Membran ist für beide Lösungen durchlässig. Jedes Molekül diffundiert entsprechend dem eigenen Konzentrationsgradienten
• Passiver Transport
Passiver Transport
Diffusion des Wasser über eine semipermeable Membran, wenn Membran nur für Lösungsmittel durchlässig ist
Wasser von der hypotonischen (mit weniger gelösten Stoffen) zur hypertonischen Lösung (mehr gelöste Stoffe)
• Damit Verminderung des Konzentrationsunterschieds des gelösten Stoffes
Zum Ausgleich der unterschiedlichen
osmotischen Potentiale beider Lösungen Anstieg des Flüssigkeitsspiegels entgegen dem hydrostatischen Druck , in Pflanzen entgegen des Zellwanddrucks
chemisches Potenzial
einer Konzentrationsdifferenz des Moleküls auf beiden Seiten der Membran
elektrisches Potenzial
einer über die Membran verlaufenden Ladungsdifferenz
Elektrisches + chemisches Potential
elektrochemisches Potential
erleichterter Diffusion
der passive Transport von Stoffen durch Membranen, der durch in der Membran befindliche Trägermoleküle vermittelt wird. Das Transportsubstrat wird an einer Membranseite an den Träger gebunden, an der anderen freigesetzt. Aus der größeren Beweglichkeit des Träger-Substrat-Komplexes gegenüber dem freien Substrat erklärt sich die höhere Transportgeschwindigkeit Träger-gekoppelter Transportprozesse gegenüber der freien Diffusion.
1) Transport ohne Aufwand von Stoffwechselenergie, dem Konzentrationsgradienten des Transportsubstrats folgend.
2) Abhängigkeit von der Substratkonzentration: Ähnlich wie bei Enzymen wird mit steigender Substratkonzentration eine Sättigung der Aufnahmegeschwindigkeit erreicht. In Analogie zur Michaelis-Menten-Konstante (Enzymkinetik) ergibt sich Kt aus der Substratkonzentration, bei der die halbmaximale Transportgeschwindigkeit Vt/2 erreicht ist.
3) Substratspezifität bzw. Selektivität des Trägers. Vom entsprechenden Träger wird nur ein Substrat (z. B. Aminosäure, Zucker) oder eine Gruppe strukturähnlicher Verbindungen transportiert.
4) Kompetitive Hemmung durch Substratanaloga und z. T. nichtkompetitive Hemmung durch Veränderung der Konformation der Substratbindungsstellen des Trägers durch Hemmstoffe.
5) Der Temperaturkoeffizient ist höher als bei der einfachen Diffusion.
Carrierproteine
Schleusen Moleküle durch eine Membran nur in Richtung des fallenden Konzentrationsgefälles
Ein Carrierprotein innerhalb der Membran bindet ein Molekül an einer reversiblen Bin- dungsstelle; Dieses Protein transferiert das Molekül und setzt es auf der anderen Seite der Membran wieder frei; der leere Carrier wechselt wieder zur ursprünglichen Seite
WICHTIG:
1. Konformationsänderung des Carriers vermittelt den passiven Transport 17 2. Substratspezifität: verschiedene Carrier für verschiedene Moleküle
Aktive Transporter / Pumpen
Ein Protein, das unter Energieverbrauch Moleküle durch eine Membran entgegen des Konzentrationsgradientens transportiert.
Es wird dann ein SEKUNDARTRANSPORTER
Aktive Transporter sind bekannt für Ionen, H+, Ca2+, und Na+/K+, Mg2+, K+, K+/H+, Kohlenhydrate, Lipide, Schwermetalle.
.benötigt.
Na+K+ Pumpe
Na+/K+-ATPase, Membranpumpe, die Natriumionen im Austausch gegen Kaliumionen aus der Zelle heraustransportiert; hat eine besondere Bedeutung für die Funktion von Nervenzellen. Im Ruhezustand befinden sich in der unmittelbaren extrazellulären Umgebung einer Nervenzelle hohe Konzentrationen von Natriumionen, im Innern der Zelle dagegen hohe Kaliumkonzentrationen Beide Ionenarten (Ionen) sind bestrebt, entlang ihres Konzentrations-Gradienten nach innen (Na+) bzw. nach außen (K+) zu strömen. Würde jedoch Natrium in größeren Mengen ungehindert in die Zelle eindringen, würde diese depolarisieren und somit den Ruhezustand verlassen (Depolarisation). Zwar sind die meisten Natriumkanäle im Ruhezustand geschlossen, jedoch erfolgt stets ein gewisser Leckeinstrom: Damit dieser nicht zu einer Erregung der Zelle führt, müssen die Natriumionen aktiv (da gegen ihren Konzentrationsgradienten; aktiver Transport) aus der Zelle transportiert werden, was durch die Natrium-Kalium-Pumpe erfolgt ( vgl. Infobox ). – Die Tätigkeit der Natrium-Kalium-Pumpe ist nicht nur zur Aufrechterhaltung des Ruhezustands (Ruhepotential) von Bedeutung; sie spielt auch eine essentielle Rolle bei der Wiederherstellung der Ionenverhältnisse nach einem Aktionspotential.
primärer Transporter
Substanz wird unter Energieverbrauch und ohne chemische Veränderung transportiert. Energie wird in Form von ATP bereit gestellt.
sekundärer Transporter
erforderliche Energie wird durch den Aufbau eines Protonen- oder Ionengradienten zur Verfügung gestellt.
Wenn der Protonengradient etabliert ist, dann können durch Transporter (Sym-, Antiporter) andere Substanzen zusammen mit den Protonen in transportiert werden.
Symporter
Transportprotein, das zwei Stoffe gleichzeitig in der selben Richtung durch eine Membran schleust (z.B. Protonenfluß ist mit der Bewegung eines Substrates gekoppelt).
Vorheriger aktiver Transport erfordert Energie für die Etablierung des Konzentationsgradien- ten einer Komponte, z.B. des Protons.
Die Energie wird durch den Rückfluss der Protonen verbraucht.
Dieser energie-freisetzende Rücktransport der Protonen erlaubt die Kopplung des aktiven Transport einer zweiten Substanz (Transport entgegen des elektrochemischen Potentials).
Antiporter
Transportprotein, das zwei Stoffe in entgegengesetzter Richtung durch die Membran schleust.
Vorheriger aktiver Transport erfordert Energie für die Etablierung des Konzentationsgradienten des Protons
Die Energie wird durch den Rückfluss der Protonen verbraucht.
Dieser energie-freisetzende Rücktransport der Protonen erlaubt die Kopplung des aktiven Transport einer zweiten Substanz (Transport entgegen des elektrochemischen Potentials).
Mechanismen um die Membran zu passieren
- Passiver Transport (Diffusion), Osmose
- Vereinfachte Diffusion (Kanäle oder Carrier)
- AKtiver Transport
Welche drei Protonenpumpen gibt es für die Erzeugung eines elektrochemischen Protonengradienten
Na+/H+- Pumpe
P-ATPase
V-ATPASe
V-PPase
ATPase
ATPasen sind eine Klasse von Enzymen, die unter Freisetzung von Energie Adenosintriphosphat (ATP) in Adenosindiphosphat (ADP) und Phosphat spalten. Bei der Reaktion handelt es sich um eine Hydrolyse. Die hierbei freiwerdende Energie kann für andere Prozesse genutzt werden.
Drei Typen F,P V Typ Pasen
F-Typ-ATPasen (Typ 1)
Diese ATPasen nutzen einen Protonengradienten zum Aufbau von ATP. Sie heißen auch ATP-Synthasen und sind sowohl bei Eukaryoten in den Chloroplasten und in den Mitochondrien als auch bei Prokaryoten zu finden (siehe chemiosmotische Kopplung)
In den Mitochondrien besteht eine ATPase aus einem membrangebundenen Fo-Teil (Anmerkung: Es handelt sich hier nicht, wie vielfach falsch ausgesprochen um die F “null”- Untereinheit, sondern um die F “o”- Untereinheit. Das “o” wird abgeleitet von der Oligomycin-Hemmbarkeit dieser Untereinheit!), der bei Escherichia coli aus drei, bei Eukaryota aus 10 Untereinheiten besteht, die den Kanal bilden. Der in die Matrix ragende Teil F1 katalysiert die ATP-Synthese. Für die Synthese eines ATP-Moleküls werden 3 Protonen transportiert. Eine ähnliche Struktur weisen die V-Typ-ATPasen auf.
P-Typ-ATPasen (Typ 2)
Diese ATPasen bauen einen Ionengradienten unter Verbrauch von ATP auf. Sie sind sowohl bei Prokaryota als auch bei Eukaryota zu finden und bestehen aus zwei Untereinheiten mit ungefähr 100 kDa. Im Reagenzglas können die Bedingungen so geändert werden, dass die Ca2+-ATPasen auch ATP synthetisieren können.
V-Typ-ATPasen (Typ 3)
Diese ATPasen bauen einen Protonengradienten unter Verbrauch von ATP auf. Sie sind nur in den Vesikeln der Endo- und Exocytose sowie in Lysosomen, Endosomen und Golgi-Vesikeln der Eukaryota und in den Vakuolen von Pflanzen und Hefepilzen zu finden. Sie steuern den pH-Wert in den Vesikeln. Der entstandene Protonengradient wird zum Import anderer Moleküle genutzt. Die ATPasen stellen einen Komplex aus 12 bis 14 Untereinheiten dar: Der VO-Komplex bildet den Kanal, der V1-Komplex ragt ins Cytosol und katalysiert die Hydrolyse von ATP zu ADP und Phosphat. Es besteht eine strukturelle Ähnlichkeit zum F-Typ.
Uniport
Ca2+-ATPasen in der Zellmembran sorgen dafür, dass die Ca2+-Konzentration im Cytosol niedrig bleibt, in dem sie Calcium-Ionen aus dem Cytosol in den Extrazellular-Raum pumpen. Diese niedrige Konzentration ist notwendig, da auf Grund von Signalen Ionenkanäle in der Zellmembran oder in der Membran von endoplasmatischen (ER) und sarkoplasmatischen (SR) Retikulum in Nerven- und Muskelzellen geöffnet werden, so dass Calcium-Ionen passiv ausströmen und verschiedene Vorgänge in der Zelle initiieren können. Die ATPasen pumpen diese Calcium-Ionen wieder zurück.
Bei Escherichia coli pumpt eine K+-ATPase Kalium-Ionen ins innere der Zelle
