Actief transport van opgeloste stoffen is een vorm van transport van substraten door een biomembraan. Actief transport vindt plaats tegen a concentratie of ladingsgradiënt en treedt op onder energieverbruik. Bij mitochondriopathieën is dit proces verstoord.
Wat is actief transport van opgeloste stoffen?
Actief transport van opgeloste stoffen is een transportmodus van substraten door een biomembraan. In het menselijk lichaam scheiden fosfolipiden en dubbellaagse biomembranen individuele celcompartimenten. Op basis van hun membraancomponenten spelen de verschillende biomembranen een actieve rol in selectief massa vervoer. Als scheidingslaag tussen verschillende compartimenten is het biomembraan voor het merendeel van alle compartimenten intrinsiek ondoordringbaar moleculen Alleen lipofiel, kleiner en hydrofoob moleculen diffunderen vrij door de lipidedubbellaag. Dit type afgestemde membraanpermeabiliteit wordt ook wel selectieve permeabiliteit genoemd. Verspreidbaar moleculen omvatten bijvoorbeeld gas, alcohol en ureum moleculen. Ionen en andere biologisch actieve stoffen zijn meestal hydrofiel en worden tegengehouden door de barrière van het biomembraan. Om ionen te krijgen, water en om grotere deeltjes zoals suikers te diffunderen, heeft het biomembraan transport eiwitten Ze zijn actief betrokken bij het transport van stoffen. Transport door een biomembraan wordt ook wel membraantransport of membraanflux genoemd, als het membraan zelf tijdens het proces wordt verplaatst. Biomembranen en hun selectieve permeabiliteit handhaven een specifieke cellulaire omgeving in de cel die interne functionele processen bevordert. Een cel en zijn compartimenten communiceren met hun omgeving en zijn selectief bezig massa en deeltjesuitwisseling. Mechanismen zoals actief transport van opgeloste stoffen maken op deze basis selectieve doorgang van membranen mogelijk. Actief transport van opgeloste stoffen moet worden onderscheiden van passief transport van opgeloste stoffen en membraantransport van opgeloste stoffen.
Functie en taak
Transport van stoffen door een biomembraan vindt actief of passief plaats. Bij passief transport passeren moleculen het membraan zonder energieverbruik in de richting van een specifiek concentratie of potentiële gradiënt. Passief transport is dus een bijzondere vorm van diffusie. Zo bereiken zelfs grotere moleculen met behulp van membraantransport de andere kant van het membraan eiwitten Actief transport daarentegen is een transportproces dat plaatsvindt met het verbruik van energie tegen de helling van een biosysteem in. Verschillende moleculen kunnen dus selectief tegen de chemische stof over het membraan worden getransporteerd concentratie gradiënt of de elektrische potentiaalgradiënt. Vooral bij geladen deeltjes speelt dit een rol. Naast ladingsaspecten zijn ook concentratieaspecten relevant voor de energie evenwicht van deze. De reductie van entropie in een gesloten systeem leidt tot versterking van de concentratiegradiënt. Deze relatie speelt een even belangrijke rol in de energie evenwicht als ladingstransport tegen het elektrische veld of de rustmembraanpotentiaal. Hoewel we ons zorgen maken over lading of energie evenwicht in het systeem moeten de deeltjesconcentratie en de verandering ervan afzonderlijk worden beschouwd vanwege het selectief permeabele biomembraan. Energie voor actief transport wordt enerzijds geleverd als chemische bindingsenergie, bijvoorbeeld in de vorm van hydrolyse van ATP. Aan de andere kant kan de afbraak van de ladingsgradiënt als drijvende kracht dienen en zo elektrische energie opwekken. De derde mogelijkheid van energievoorziening vloeit voort uit een toename van de entropie die aanwezig is in het betreffende communicerende systeem en dus uit de ontleding van een concentratiegradiënt elders. Een transport tegen de elektrische gradiënt wordt elektrogeen genoemd. Afhankelijk van de energiebron en het soort werk wordt onderscheid gemaakt tussen primair, secundair en tertiair actief transport. Groepstranslocatie is een bijzondere vorm van actief transport. Primair actief transport vindt plaats wanneer ATP wordt verbruikt en anorganische ionen en protonen door transport-ATPasen uit de cel worden getransporteerd door een biomembraan. Zo wordt een ion gepompt, bijvoorbeeld met behulp van een ionenpomp, van de lager geconcentreerde naar de hoger geconcentreerde kant. De natrium-kalium pomp is de belangrijkste toepassing van dit proces in het menselijk lichaam. Het pompt positief geladen uit natrium ionen onder ATP-consumptie en tegelijkertijd positief geladen pompen kalium ionen in een cel. Zo blijft het rustpotentieel van neuronen constant en kunnen actiepotentialen worden gegenereerd en overgedragen. Bij secundair actief transport worden deeltjes langs de elektrochemische gradiënt getransporteerd. De potentiële energie van de gradiënt dient als aandrijving om een tweede substraat in dezelfde richting tegen de elektrische gradiënt of concentratiegradiënt in te transporteren. Dit actieve transport speelt specifiek een rol in natrium-glucose symport in het dunne darm Als het tweede substraat in tegengestelde richting wordt getransporteerd, kan ook secundair actief transport aanwezig zijn, bijvoorbeeld in natrium-calcium antiport met behulp van natrium-calciumwisselaars. Tertiair actief transport maakt gebruik van een concentratiegradiënt die wordt bepaald door secundair actief transport op basis van primair actief transport. Dit type transport speelt vooral een rol bij di- en tripeptidetransport in de dunne darm, wat wordt gedaan door peptidetransporter 1. Groepstranslocatietransporten monosacchariden or suiker alcoholen als een speciale vorm van actief transport, waarbij de transportstoffen chemisch worden gemodificeerd door fosforylering. Het fosfoenolpyrodruivenzuurfosfotransferase-systeem is het belangrijkste voorbeeld van dit type transport.
Ziekten en aandoeningen
Energiemetabolisme evenals specifieke transporter enzymen en vervoerder eiwitten spelen een rol bij actief metabolisch transport. Als de transporter proteïnen of enzymen in kwestie, als gevolg van mutaties of fouten in de transcriptie van het genetisch materiaal, niet aanwezig zijn in hun oorspronkelijk fysiologisch geplande vorm, dan is actief metabolisch transport slechts moeilijk of, in extreme gevallen, helemaal niet mogelijk. Sommige ziekten van de dunne darmworden bijvoorbeeld in verband gebracht met dit fenomeen. Ziekten met een verstoorde ATP-toevoer kunnen ook verwoestende effecten hebben op het transport en de oorzaak van de werkzame stof functionele stoornissen van verschillende orgels. Slechts in enkele gevallen van dergelijke ziekten wordt slechts één orgaan aangetast. In de meeste gevallen, energiemetabolisme aandoeningen zijn ziekten van meerdere organen die vaak een genetische basis hebben. Bij alle mitochondriopathieën wordt bijvoorbeeld het enzymsysteem dat betrokken is bij de energieproductie door oxidatieve fosforylering aangetast. Deze aandoeningen omvatten in het bijzonder de verstoring van ATP-synthase. Dit enzym is een van de belangrijkste transmembraaneiwitten en komt zo bijvoorbeeld voor in de protonpomp als transportenzym. De belangrijkste taak van het enzym is om de synthase van ATP te katalyseren. Om energie te leveren, verknoopt ATP-synthase energetisch het transport van protonen met ATP-vorming langs de protongradiënt. ATP-synthase is dus een van de belangrijkste energieomzetters in het menselijk lichaam en kan de ene vorm van energie omzetten in andere vormen van energie. Mitochondriopathieën zijn storingen in mitochondriale metabolische processen en resulteren in verminderde lichaamsprestaties als gevolg van verminderde ATP-synthese.
