Active Transport – Transport Across Cell Membranes

00:01 Wir haben uns also mit den drei Mechanismen des passiven Transportes beschäftigt, zu denen die normale Diffusion und die erleichterte Diffusion zählen, die auftritt, wenn die Moleküle nicht von selbst durch die Membran gelangen können.

00:16 Sie brauchen einen Kanal oder einen Träger. Und wir haben auch die Osmose behandelt, die spezifisch für die Bewegung von Wasser ist. Jetzt wollen wir herausfinden, was aktiver Transport wirklich ist. Aktiver Transport ist das Gegenteil von passivem Transport, da er Energie benötigt. Wir bewegen Dinge gegen ihren Konzentrationsgradienten.

00:39 Was passiert also in dieser Situation? Nun, es gibt drei Möglichkeiten, wie es wirklich ablaufen kann.

00:45 Man könnte ein Molekül haben, das sich selbst entlang seines Konzentrationsgradienten nach oben bewegt. Also von einer niedrigen Konzentration zu einer hohen Konzentration. Wir könnten Symporter haben, in denen Dinge in die gleiche Richtung gehen. Wir werden uns ein Beispiel dafür kurz anschauen. Glukose wird mit Natrium in einem Symport-Protein transportiert, was wir gleich sehen werden. Antiport ist, wenn wir Moleküle haben, die in entgegengesetzte Richtungen transportiert werden. Also all das sind mögliche sekundäre, also ich meine, all dies sind mögliche aktive Transportmechanismen. Wir werden also den Blick auf einen primär aktiven Transportmechanismus werfen. Das ist einer, der in den Biowissenschaften und die ganze Zeit über in der Physiologie auftaucht. Sie haben vielleicht schon davon gehört. Es ist die Natrium-Kalium-Pumpe.

01:45 Die Natrium-Kalium-Pumpe befördert Natrium gegen seinen Konzentrationsgradienten. Zur gleichen Zeit bewegt sie das Kalium gegen dessen Konzentrationsgradienten in die entgegengesetzte Richtung. Wie nennen wir das also, basierend auf unseren Transportertypen? Eins geht in die Richtung, eins in die andere Richtung, also Antiport, richtig? Sie gehen also in entgegengesetzte Richtungen. Also ist die Natrium-Kalium-Pumpe ein Antiporter. Natrium, der natürliche Zustand von der Natrium-Kalium-ATPase, wie dieses Transmembranprotein genannt wird, ist nach innen offen.

02:24 Sie hat drei Bindungsstellen für Natrium. Natrium bindet an diese drei Bindungsstellen und dann kommt ATP dazu. Das ist der Punkt, an dem die Energie investiert wird. Wir treiben Natrium entgegen seines Konzentrationsgradienten. ATP kommt hinzu und liefert ein wenig Energie, verliert ein Phosphat und wird zu einem Molekül mit weniger Energie. Aber diese Investition von Energie verursacht die Konformationsänderung. Sie bewirkt, dass sich die ATPase auf der anderen Seite öffnet und Natrium ausschüttet. Der nächste Schritt im Spiel ist die Bindung des Kaliums an seine Bindungsstellen. Sobald das Kalium an die Bindungsstellen bindet, werden wir sehen, dass dieser Antiporter zuschnappt und sie auf der anderen Seite der Membran abgibt.

03:17 Wir haben also wieder eine Investition von ATP, um all dies zu ermöglichen. Fassen wir dies nochmal zusammen. Zunächst einmal haben wir das Bild oben, wo wir unser Natrium haben, das gegen seinen Konzentrationsgradienten gehen will. Es kann nicht diffundieren und es kann nicht mittels erleichterter Diffusion wandern, weil wir mit dem Konzentrationsgradienten von niedrig nach hoch gehen.

03:41 Das Natrium springt auf seinen Platz im Inneren des Transporters. Das ATP kommt hinzu und phosphoryliert das Protein. Es kommt zu einer Konformationsänderung und wir machen weiter mit dem Zyklus. Die Konformationsänderung bewirkt eine Veränderung. Die Natriumpumpe öffnet sich, nimmt sich ihr Kalium, schnappt zu und wirft es nach innen ab.

04:05 In jedem Zyklus gehen also 3 Natrium raus und 2 Kalium rein. 3 Natrium raus, 2 Kalium rein.

04:13 Und es wird so weitergehen. Dies ist einer der wichtigsten Mechanismen zur Bildung von elektrochemischen Gradienten über Zellmembranen oder zu deren Korrektur.

04:24 Wir haben Natrium. Jedes Mal haben wir ein Natrium mehr, das herausgeht, als Kalium, das hereinkommt.

04:30 Es kommen also zwei positive Ladungen herein. Drei positive Ladungen gehen raus. Das ist der elektrische Teil. Und dann geht das Natrium gegen seinen Gradienten, so dass wir im Wesentlichen einen Energieunterschied über der Membran, aufgrund des aktiven Transports, aufbauen. Aktiv bedeutet, dass wir ATP verwenden. Also ist der sekundär aktive Transport vollständig abhängig vom primär aktiven Transport. Wir haben also bereits festgestellt, dass die Natrium-Kalium-Pumpe Natrium aus der Zelle herauspumpt und Kalium hineinpumpt. Und wir haben festgestellt, dass dies zu einem Gradienten für das Natrium führt, insbesondere dort, wo Natrium eine höhere Konzentration außerhalb der Zelle und eine geringere Konzentration im Inneren der Zelle hat. Es ist also in der perfekten Position, um einem Konzentrationsgradienten zu folgen. Das einzige Problem ist, dass es zu polar ist, um durch die Zellmembran selbst zu passen. Wir brauchen also eines dieser Kanal- oder Transportproteine. Und das ist genau das, was wir haben. Wir werden uns jetzt die Glukose ansehen und das Natrium-Cotransport-Protein. In dieser Situation haben wir wieder Natrium und es will entlang seines Konzentrationsgefälles wandern. Die Glukose ist eigentlich vollständig vom Transport von Natrium abhängig.

05:58 Glukose kann sich also gegen ihren Konzentrationsgradienten bewegen, weil Natrium es "an die Hand nimmt" und in das Cotransportprotein "springt". Das Protein, das wir hier sehen können, hat also eine Stelle für Natrium und eine Stelle für Glukose. Und weil das Natrium bindet, kann die Glukose binden, was dazu führt, dass die Gluose gegen den Konzentrationsgradienten in die Zelle verschoben wird.

06:28 Wir nennen dies sekundär aktiven Transport, weil der Transport gegen die Konzentrationgradienten völlig abhängig von den Vorgängen des primär aktiven Transports ist. Der Natriumgradient wird von der primär aktiven Natrium-Kalium-Transportpumpe aufgebaut. Das Natrium will sich also passiv entlang seines Gradienten bewegen, wobei es die Glukose mitnimmt, um zusammen durch den Transporter zu laufen.

07:00 Die Glukose bewegt sich jedoch gegen ihren Konzentrationsgradienten und nutzt die Kraft, die durch ATP im primär aktiven Transport der Natrium-Kalium-Pumpe investiert wurde.

07:16 Wir haben hier also wieder zwei verschiedene Dinge vor uns. Wir haben den primär aktiven Transport, der den Cotransport von Natrium und Glukose antreibt. Eine interessante Sache, die man sich bei dem Natrium- und Glukose-Cotransporter merken sollte, ist, dass die Glukose immer Natrium benötigt, um in die Zellen zu gelangen. Und dies ist einer der Gründe, warum viele der Sportgetränke, die wir konsumieren, Natrium und Glukose enthalten. Wir müssen Natrium haben, um die Glukose zu nutzen, wenn wir uns während des Trainings etwas erholen wollen.