Aktív tömegszállítás

A aktív tömegszállítás A szubsztrátok biomembrán keresztül történő szállításának egyik formája. Az aktív szállítás koncentráció vagy töltési gradiens ellenére zajlik, és energiafogyasztással történik. Mitokondriális betegség esetén ez a folyamat zavart.

Mi az aktív tömegközlekedés?

A foszfolipid és a kétrétegű biomembránok elkülönítik az emberi test egyes sejtrészeit. Membránkomponenseiknek köszönhetően a különböző biomembránok aktív szerepet töltenek be az anyagok szelektív szállításában. Több terület közötti elválasztó rétegként a biomembrán az összes molekula többségében átjárhatatlan. Csak a lipofil, kisebb és hidrofób molekulák szabadon diffundálnak a lipid kettős rétegen. Az ilyen típusú koordinált membránáteresztőképesség szelektív permeabilitásnak is ismert.

A diffundálható molekulák magukban foglalják például a gáz, az alkohol és a karbamid molekulákat. Az ionok és más biológiailag aktív anyagok elsősorban hidrofil jellegűek, és a biomembrán gát fenntartja őket. A biomembrán transzportfehérjékkel rendelkezik, így az ionok, a víz és a nagyobb részecskék, például a cukor diffundálódhatnak. Ön aktívan részt vesz az anyagok szállításában. A biomembránon keresztüli szállítást membránszállításnak vagy membránáramlásnak is nevezzük, ha a membrán maga elmozdul.

A biomembránok és szelektív permeabilitásuk fenntartja a sejt sajátos sejtkörnyezetét, amely elősegíti a belső funkcionális folyamatokat. A sejt és rekeszei kommunikálnak a környezetükkel, és szelektív anyagcserét folytatnak. Az olyan mechanizmusok, mint a hatóanyag-transzport, ezen az alapon lehetővé teszik a szelektív átjutást a membránokon. A hatóanyag szállítását meg kell különböztetni a passzív anyag szállításától és a membránt kiszorító anyag szállításától.

Funkció és feladat

Az anyagok biomembrán keresztül történő szállítása aktívan vagy passzív módon zajlik. Passzív transzport során a molekulák energiamennyiség nélkül haladnak át a membránon egy adott koncentráció vagy potenciális gradiens irányába. A passzív transzport tehát a diffúzió különleges formája. Ilyen módon még nagyobb molekulák jutnak a membrán másik oldalára a membrán transzportfehérjék segítségével.

Ezzel szemben az aktív szállítás olyan szállítási folyamat, amely energiát használ fel a bioszisztéma gradiense ellen. Különböző molekulák szelektíven szállíthatók a membránon keresztül a kémiai koncentráció gradiens vagy az elektromos potenciál gradiens ellen. Ez különösen fontos a töltött részecskéknél. A töltési szempontok mellett a koncentráció szempontjai is relevánsak energia-egyensúlyuk szempontjából. Az entrópia csökkentése egy zárt rendszerben a koncentráció-gradiens növekedéséhez vezet.Ez a kapcsolat ugyanolyan nagy szerepet játszik az energiamérlegben, mint a töltés átvitele az elektromos mezővel vagy a nyugalmi membránpotenciállal szemben.

Bár a töltés vagy az energia egyensúly kérdése a rendszerben, a részecskekoncentrációt és annak változását külön kell vizsgálni a szelektíven áteresztő biomembrán miatt. Az aktív szállításhoz szükséges energiát egyrészt kémiai kötőenergia formájában bocsátják rendelkezésre, például az ATP hidrolízise formájában. Másrészt, a töltési gradiens csökkentése hajtóerőként szolgálhat, és így elektromos energiát generálhat. Az energiaellátás harmadik lehetősége a kommunikációs rendszerben jelen lévő entrópia növekedéséből, tehát egy másik koncentráció-gradiens csökkentéséből származik. Az elektromos gradiens elleni szállítást elektrogenikusnak nevezik. Az energiaforrástól és a munka típusától függően különbséget kell tenni az elsődleges, a másodlagos és a harmadlagos aktív szállítás között. A csoportos transzlokáció az aktív szállítás speciális formája.

Az elsõsorban az aktív transzport az ATP elfogyasztásakor történik, amelynek segítségével a sejt szervetlen ionokat és protonokat hajt végre az ATPázok biomembránon keresztüli transzportja révén. Iont szivattyúznak például az alsó koncentrált oldalról a nagyobb koncentrációjú oldalra egy ionszivattyú segítségével.

Ennek a folyamatnak az elsődleges alkalmazása a nátrium-kálium-szivattyú az emberi testben. Az ATP fogyasztása során a pozitív töltésű nátriumionokat és a pozitív töltésű káliumionokat egy cellába szivattyúzza. Ilyen módon az idegsejtek nyugalmi potenciálja állandó marad, és az akciópotenciálok generálhatók és továbbadhatók.

Másodlagos aktív transzport mellett a részecskék az elektrokémiai gradiens mentén szállíthatók. A gradiens potenciális energiáját meghajtóként használják egy második szubsztrátum azonos irányba történő szállítására az elektromos gradiens vagy a koncentráció-gradiens ellen. Ez az aktív transzport különösen a vékonybél nátrium-glükóz szimportja szempontjából játszik szerepet. Ha a második szubsztrátumot ellentétes irányban szállítják, akkor aktív szekunder tömegtranszport is történhet, például nátrium-kalcium antiport esetén nátrium-kalcium cserélő segítségével.

A harmadlagos aktív transzport az elsődlegesen aktív transzporton alapuló másodlagos aktív transzport által létrehozott koncentrációgradienst használja. Ez a fajta transzport elsősorban a vékonybél di- és tripeptid transzportjában játszik szerepet, amelyet az 1 peptid transzporter hajt végre. A csoport-transzlokáció a monoszacharidokat vagy a cukoralkoholokat a hatóanyag-szállítás speciális formájaként szállítja, és a szállító anyagokat kémiailag megváltoztatja foszforiláció útján. Ennek a szállítási módnak a legfontosabb példája a foszfoenolpiru-sav-foszfotranszferáz rendszer.

Betegségek és betegségek

Mind az energiacsere, mind a speciális transzporter enzimek, mind a transzporter fehérjék szerepet játszanak az anyagok aktív szállításában. Ha a szóban forgó transzporter fehérjék vagy enzimek a genetikai anyag transzkripciójának mutációi vagy hibái miatt nem jelennek meg eredetileg élettanilag tervezett formájukban, akkor a hatóanyag szállítása csak nehezebb, vagy szélsőséges esetekben egyáltalán nem lehetséges.

Például, a vékonybél egyes betegségei társulnak ehhez a jelenséghez. A káros ATP-ellátással járó betegségek is pusztító hatást gyakorolhatnak a hatóanyag szállításra, és funkcionális rendellenességeket okozhatnak a különféle szervekben. Az ilyen betegségeknek csak néhány esetben csak egyetlen szerv van érintett. Az energia metabolizmus legtöbb rendellenessége több szerv betegség, amelynek gyakran genetikai alapja van.

Minden mitokondriális betegség esetén például az enzimrendszert érintik, amely oxidatív foszforilezéssel jár az energiatermelésben. Ezek a rendellenességek magukban foglalják különösen az ATP szintáz megszakítását. Ez az enzim az egyik legfontosabb transzmembrán fehérje, és például a protonszivattyúban szállító enzimként jelenik meg. Az enzim fő feladata az ATP szintázának katalizálása. Annak érdekében, hogy energiát biztosítson, az ATP szintáz összekapcsolja a protonok energetikai szempontból kedvező szállítását az ATP képződésével a proton gradiens mentén. Ez teszi az ATP szintázt az emberi test egyik legfontosabb energiaátalakítójává, és az energia egyik formáját más energia formákká alakíthatja. A mitokondriális betegségek a mitokondriális anyagcsere-folyamatok hibái, és az ATP szintézisének csökkenése miatt a test teljesítményéhez vezetnek.