Transport masiv activ

Dintre transport masiv activ este o formă de transport a substraturilor printr-o biomembrană. Transportul activ are loc împotriva unui gradient de concentrare sau de încărcare și are loc odată cu consumul de energie. Acest proces este perturbat în boala mitocondrială.

Ce este transportul în masă activ?

Biomembranele fosfolipide și duble straturi separă compartimentele individuale ale celulelor unele de altele în corpul uman. Datorită componentelor lor de membrană, diferite biomembrane își asumă roluri active în transportul selectiv al substanțelor. Ca strat de separare între mai multe zone, biomembranul este în mod inerent impermeabil la majoritatea moleculelor. Doar moleculele lipofile, mai mici și hidrofobe difuzează liber prin stratul lipidic. Acest tip de permeabilitate membrană coordonată este cunoscută și sub denumirea de permeabilitate selectivă.

Moleculele difuzibile includ, de exemplu, molecule de gaz, alcool și uree.Ionii și alte substanțe biologic active sunt în mare parte hidrofile și sunt menținute de bariera biomembranelor. Biomembrana are proteine ​​de transport, astfel încât ionii, apa și particule mai mari precum zahărul să poată difuza. Ești implicat activ în transportul substanțelor. Transportul printr-o biomembrană se mai numește transport de membrană sau flux de membrană dacă membrana în sine se schimbă.

Biomembranele și permeabilitatea lor selectivă mențin un mediu celular specific în interiorul celulei, ceea ce promovează procesele funcționale interne. O celulă și compartimentele sale comunică cu mediul lor și efectuează schimbul selectiv de substanțe și particule. Mecanisme precum transportul substanțelor active permit trecerea selectivă prin membrane pe această bază. Transportul substanțelor active trebuie să se distingă de transportul de substanțe pasive și de transportul de substanțe care se deplasează cu membrană.

Funcție și sarcină

Transportul substanțelor printr-o biomembrană are loc activ sau pasiv. Odată cu transportul pasiv, moleculele trec prin membrană în direcția unei concentrații specifice sau a unui gradient potențial, fără a consuma energie. Transportul pasiv este așadar o formă specială de difuzie. În acest fel, molecule și mai mari ajung în cealaltă parte a membranei cu ajutorul proteinelor de transport ale membranei.

În schimb, transportul activ este un proces de transport care utilizează energie împotriva gradientului unui biosistem. Diferite molecule pot fi transportate selectiv prin membrană împotriva gradientului de concentrație chimică sau gradientului potențial electric. Acest lucru este deosebit de important pentru particulele încărcate. Pe lângă aspectele de încărcare, aspectele de concentrare sunt relevante și pentru echilibrul lor energetic. Reducerea entropiei într-un sistem închis duce la creșterea gradientului de concentrație. Această relație joacă un rol la fel de important pentru echilibrul energetic ca transportul de sarcină împotriva câmpului electric sau potențialului membranei în repaus.

Deși este vorba despre o sarcină sau un echilibru energetic în sistem, concentrația de particule și schimbarea acesteia trebuie luate în considerare separat datorită biomembranului permeabil selectiv. Energia pentru transport activ este disponibilă, pe de o parte, ca energie de legare chimică, de exemplu sub forma hidrolizei ATP. Pe de altă parte, reducerea gradientului de încărcare poate servi ca forță motrice și, astfel, să genereze energie electrică. A treia posibilitate de furnizare a energiei rezultă dintr-o creștere a entropiei prezente în sistemul de comunicare respectiv și, prin urmare, din reducerea unui alt gradient de concentrație. Transportul împotriva gradientului electric se numește electrogen. În funcție de sursa de energie și de tipul de lucru, se face o distincție între transportul activ primar, secundar și terțiar. Transferul de grup este o formă specială de transport activ.

Transportul activ în primul rând are loc atunci când se consumă ATP, cu ajutorul căruia se realizează ioni anorganici și protoni din celulă, transportând ATPazele printr-o biomembrană. Un ion este pompat, de exemplu, de la partea inferioară concentrată la cea concentrată superioară cu ajutorul unei pompe ionice.

Pompa sodiu-potasiu este aplicarea principală a acestui proces în corpul uman. În timp ce consumă ATP, pompează ioni de sodiu încărcați pozitiv și simultan ioni de potasiu încărcați pozitiv într-o celulă. În acest fel, potențialul de repaus al neuronilor rămâne constant și potențialele de acțiune pot fi generate și transmise.

Cu transport activ secundar, particulele sunt transportate de-a lungul gradientului electrochimic. Energia potențială a gradientului este utilizată ca acționare pentru a transporta un al doilea substrat în aceeași direcție împotriva gradientului electric sau a gradientului de concentrație. Acest transport activ joacă un rol mai ales în simportul sodiu-glucozei din intestinul subțire. Dacă al doilea substrat este transportat în sens invers, poate fi, de asemenea, un transport secundar activ în masă, de exemplu în cazul antiportului sodiu-calciu folosind un schimbător de sodiu-calciu.

Transportul terțiar activ folosește un gradient de concentrare stabilit prin transport activ secundar bazat pe transportul principal activ. Acest tip de transport joacă un rol în primul rând în transportul di- și tripeptidic în intestinul subțire, care este realizat de transportatorul peptidic 1. Traducerea grupului transportă monosacharide sau alcooli de zahăr ca o formă specială de transport de substanțe active și schimbă substanțele de transport chimic prin fosforilare. Sistemul fosfotransferazei acidului fosfenolpiruvic este cel mai important exemplu al acestui mod de transport.

Boli și afecțiuni

Metabolizarea energiei, precum și enzimele transportoare speciale și proteinele transportoare joacă un rol în transportul activ al substanțelor. Dacă proteinele transportoare sau enzimele în cauză nu sunt prezente în forma lor inițial planificată fiziologic din cauza mutațiilor sau erorilor în transcrierea materialului genetic, atunci transportul activ al substanțelor este doar mai dificil sau, în cazuri extreme, nu mai este deloc posibil.

De exemplu, unele boli ale intestinului subțire sunt asociate cu acest fenomen. Bolile cu aport de ATP afectat pot avea, de asemenea, efecte devastatoare asupra transportului substanțelor active și pot provoca tulburări funcționale în diferite organe. Doar în câteva cazuri de astfel de boli este afectat doar un singur organ. Tulburările de metabolism ale energiei sunt, în mare parte, boli cu mai multe organe care au adesea o bază genetică.

În toate bolile mitocondriale, de exemplu, sistemul enzimatic este afectat, care este implicat în producerea de energie prin fosforilare oxidativă. Aceste tulburări includ, în special, întreruperea ATP sintazei. Această enzimă este una dintre cele mai importante proteine ​​transmembranare și apare, de exemplu, ca o enzimă de transport în pompa de protoni. Sarcina principală a enzimei este de a cataliza sintaza de ATP. Pentru a furniza energie, ATP sintaza leagă transportul de protoni favorizat energetic cu formarea de ATP de-a lungul gradientului de protoni. Aceasta face ca ATP sintaza să fie unul dintre cei mai importanți convertori de energie din corpul uman și poate transforma o formă de energie în alte forme de energie. Bolile mitocondriale sunt disfuncționalități ale proceselor metabolice mitocondriale și duc la o performanță redusă a organismului datorită sintezei reduse a ATP.