Aktív tömegszállítás

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

Mi az aktív tömegközlekedés?

A foszfolipid és a kétrétegű biomembránok elválasztják az egyes sejtrekeszeket egymástól az emberi testben. 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 közé tartoznak például a gáz-, alkohol- és karbamidmolekulák.Az ionok és más biológiailag aktív anyagok többnyire hidrofil jellegűek, és a biomembrán gátja tartja 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 membrán transzportnak vagy membrán áramlásnak is nevezzük, ha maga a membrán eltolódik.

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-szállítást meg kell különböztetni a passzív anyagszállítástól és a membránt kiszorító anyag-szállítástól.

Funkció és feladat

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

Az aktív szállítás viszont 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 fontos az energiamérleg szempontjából, 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 ezáltal villamos 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 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. Az idegsejtek nyugalmi potenciálja tehát állandó marad, és az akciós potenciál létrehozható és továbbadható.

Másodlagos aktív transzport mellett a részecskék az elektrokémiai gradiens mentén szállíthatók. A gradiens potenciális energiája arra szolgál, hogy egy második hordozót ugyanabba az irányba szállítson az elektromos gradiens vagy 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 alkalmazásával.

A harmadlagos aktív transzport az elsődlegesen aktív transzporton alapuló másodlagos aktív transzport által létrehozott koncentrációgradienst használja. Ez a fajta transzport különösen fontos a di- és tripeptid transzport során a vékonybélben, 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 egyes vékonybél-betegségek kapcsolódnak ehhez a jelenséghez. A káros ATP-ellátással járó betegségek is pusztító hatást gyakorolhatnak az anyagok aktív szállítására, és funkcionális rendellenességeket okozhatnak a különféle szervekben. Az ilyen betegségeknek csak néhány esetben csak egyetlen szerv van érintett. Az energia-anyagcsere rendellenességek általában több szerv betegségei, amelyek gyakran genetikai alapokkal rendelkeznek.

Minden mitokondriális betegség esetén például az enzimrendszer befolyásolja, 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 energikusan kedvelt transzportját 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.