Aktiver Transport

Aktiver Transport einfach erklärt

Der aktive Transport beschreibt einen Transportvorgang an der Biomembran. Durch aktiven Energieverbrauch können dort Moleküle gegen ein Konzentrationsgefälle oder einen elektrochemischen Gradienten bewegt werden. Dabei werden drei Arten unterschieden: primär, sekundär und tertiär aktiver Transport.

Die Funktion des aktiven Transports ist für viele Prozesse im Körper lebensnotwendig. So schafft es der Organismus, immer für eine ausgeglichene Menge an Ionen und Molekülen in den Zellen zu sorgen.

Damit der aktive Transport stattfinden kann, müssen zwei Faktoren gegeben sein:

1. Eine semipermeable Membran, die die Fähigkeit besitzt, bestimmte Stoffe hindurchzulassen.
2. Ausreichend Energie, damit die Transportproteine überhaupt funktionieren können.

Arten der Energieaufwendung

Die Energie, die für den aktiven Transport benötigt wird, muss zunächst erzeugt werden. Das erfolgt hauptsächlich auf drei Arten: 

• Chemische Bindungsenergie: Durch die Spaltung (Hydrolyse ) von ATP wird Energie freigesetzt, die genutzt werden kann.
• Abbau eines Ladungsgradienten: Durch den Abbau des Ladungsunterschieds wird nutzbare Energie abgegeben.
• Abbau eines Konzentrationsgradienten: Durch die Erhöhung der Entropie, also die Verminderung des Konzentrationsunterschieds, wird verwertbare Energie freigesetzt.

Primär aktiver Transport

Beim primär aktiven Transport wird chemische Bindungsenergie genutzt, um Stoffe durch die Biomembran zu transportieren. Die entsprechenden Transportproteine funktionieren also erst, wenn ein ATP-Molekül bindet. Denn dann spaltet sich das ATP zu ADP (Adenosindiphosphat) und einem anorganischen Phosphat.

Mit der dabei entstehenden Energie können bestimmte Ionen gegen ihr Konzentrationsgefälle durch die Membran gelangen.

Ein typisches Beispiel für den primär aktiven Transport ist die Natrium-Kalium-Pumpe . Sie befördert aktiv Natrium-Ionen gegen ihr Konzentrationsgefälle ins Zelläußere und Kalium-Ionen gegen ihr Konzentrationsgefälle ins Zellinnere. Du kannst dir den Transport dort so vorstellen:

1. Am Anfang ist die Pumpe nach innen gerichtet und nicht besetzt. Allerdings bindet sie im Zellinneren sehr gerne Natrium-Ionen. Nach einiger Zeit nimmt sie dann auch drei Natrium-Ionen auf.
2. Damit die Natrium-Kalium-Pumpe funktioniert, benötigt sie Energie. Schließlich arbeitet sie gegen das jeweilige Konzentrationsgefälle.
3. Wenn die Pumpe mit Natrium-Ionen vollständig besetzt ist, kann ATP gebunden werden. Es erfolgt eine ATP-Hydrolyse, wodurch ADP freigesetzt wird.
4. Durch die Spaltung von ATP wird genügend Energie frei, damit sich die Form der Pumpe ändern kann. Sie richtet sich neu aus und ist jetzt nach außen geöffnet. Im Zelläußeren bindet die Pumpe ungern Natrium-Ionen, sodass sie sich lösen.
5. Nun ist die Pumpe wieder unbesetzt. Da sie im Zelläußeren aber gerne Kalium-Ionen bindet, dauert es nicht lange, bis zwei Kalium-Ionen andocken. Dadurch löst sich nun auch die Phosphatgruppe, die noch von der ATP-Hydrolyse mit der Pumpe verbunden war.
6. Die Pumpe kehrt wieder zu ihrer ursprünglichen Form zurück und öffnet sich zum Zellinneren.
7. Hier will die Pumpe wieder Natrium-Ionen binden und stößt so die Kalium-Ionen ins Zellinnere ab.

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Der Prozess ist wichtig für das Ruhepotential , denn es benötigt eine konstante Ionenverteilung. Im Zelläußeren eine hohe Konzentration an Natrium-Ionen und im Zellinneren eine hohe Konzentration an Kalium-Ionen.

Sekundär aktiver Transport

Der sekundär aktive Transport verwendet für seinen Transportvorgang die Energie eines bereits bestehenden Konzentrationsgefälles. Es wurde zuvor durch einen primär aktiven Transport aufgebaut, zum Beispiel von der Natrium-Kalium-Pumpe. Durch den Abbau des Konzentrations- bzw. Ladungsgefälles entsteht letztendlich die Energie. 

Genauer gesagt, wandern Ionen mit ihrem Konzentrationsgefälle durch die Biomembran, um gleichzeitig andere Moleküle gegen deren Konzentrationsgefälle zu transportieren. Ein klassisches Beispiel ist der Natrium-Calcium-Austauscher. Du kannst dir den sekundär aktiven Transport dort so vorstellen:

1. Ein Transportprotein in der Biomembran nimmt drei Natrium-Ionen auf. Die Ionen wollen, aufgrund ihres Konzentrationsgefälles, unbedingt ins Zellinnere und sorgen so für die benötigte Energie. Das verdankst du der Natrium-Kalium-Pumpe. Sie hat die Natrium-Ionen nach außen transportiert und so das Konzentrationsgefälle geschaffen.
2. Damit das aber funktionieren kann, muss auf der anderen Seite (im Zellinneren) noch ein Calcium-Ion binden.
3. Die Natrium-Ionen werden also ins Zellinnere transportiert, während ein Calcium-Ion gegen sein eigenes Konzentrationsgefälle nach außen befördert wird.

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Merke: Nur durch den primär aktiven Transport ist es möglich, dass der sekundär aktive Transport stattfindet.

Tertiär aktiver Transport

Der tertiär aktive Transport verwendet ebenfalls Energie, die durch den Abbau eines Konzentrations- bzw. Ladungsgefälles entsteht. Er funktioniert im Prinzip so wie der sekundär aktive Transport. Der einzige Unterschied betrifft das Konzentrationsgefälle. Denn der Transport baut auf dem entstehenden Konzentrationsgefälle des sekundär aktiven Transports auf und nicht auf dem des primär aktiven Transports. Ein typisches Beispiel ist der Peptidtransporter.

Hier wurde zunächst ein Natrium-Konzentrationsgefälle erzeugt (primärer aktiver Transport), woraufhin ein Konzentrationsgefälle von Protonen entsteht (sekundärer aktiver Transport). Das nutzt der Peptidtransporter schließlich aus, um Di- und Tripeptide durch aktiven Transport aus dem Darm zu transportieren (tertiär aktiver Transport).

Transportrichtungen

Für den Transport von Ionen gibt es verschiedene Transportweisen, die unterschiedlich funktionieren. Du kannst sie in drei Hauptgruppen aufteilen:

• Uniport: Proteine, die einen Uniport besitzen, können maximal ein Molekül gleichzeitig an sich binden. Sie transportieren also nur in eine Richtung. Du nennst sie auch Uniporter.

Beispiel: Glukose-Transporter

• Symport: Beim Symport ist das Protein in der Lage, zwei Moleküle zur selben Zeit zu binden. Allerdings können beide Moleküle immer nur in dieselbe Richtung transportiert werden.

Beispiel: Natrium-Glukose-Symport

• Antiport: Der Antiport funktioniert so wie der Symport. Allerdings können hier beide Moleküle nur in entgegengesetzte Richtungen übertragen werden.

Beispiel: Natrium-Calcium-Antiport/Austauscher

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Endozytose und Exozytose

Endozytose und Exozytose sind ebenfalls zwei aktive Transportvorgänge. Bei der Endozytose erfolgt der Transport vom Zelläußeren ins Zellinnere, bei der Exozytose vom Zellinneren ins Zelläußere. Hierbei sind die Partikel zu groß, um durch die Transportproteine der Biomembran zu passen. Um trotzdem einen Transport zu ermöglichen, bilden sich bei der Zytose kleine membranumhüllte Bläschen, sogenannte Vesikel . Oft werden darin dann Makromoleküle, wie Proteine oder Mehrfachzucker befördert.

Schau gerne bei unseren Videos zur Endozytose und Exozytose vorbei, um noch mehr zu erfahren!

Unterschied aktiver und passiver Transport

Der aktive und der passive Transport sind die zwei wichtigen Transportmechanismen an der Biomembran. Dabei kannst du grundlegende Unterschiede erkennen. Schauen wir uns die Wichtigsten einmal an:

Adenosintriphosphat (ATP)

Beim aktiven Transport wird also Energie in Form von ATP benötigt. Adenosintriphosphat stellt in jeder Zelle eines Lebewesens Energie bereit und nur dadurch kann der Stofftransport funktionieren. Aus welchen drei Komponenten das Molekül aufgebaut ist, wie die Reaktion genau abläuft und wo es produziert wird, erfährst du in unserem Video dazu.