Hauptunterschied – aktiver vs. passiver Transport

Aktiver und passiver Transport sind zwei Methoden, die Moleküle durch die Zellmembran transportieren. Eine Zellmembran ist eine Multitask-Einheit, die der Zelle Struktur verleiht und gleichzeitig den zytosolischen Inhalt vor der extrazellulären Umgebung schützt. Die Bewegung von Molekülen in und aus der Zelle wird durch die Phospholipid-Doppelschicht bestimmt, die eine empfindliche Homöostase der Zelle aufrechterhält. Die Phospholipid-Doppelschicht ist semipermeabel, sodass einige Moleküle die Membran ungehindert durch einen Konzentrationsgradienten passieren können und einige Moleküle spezielle Strukturen verwenden, um die Membran zu passieren, und andere, die Membran unter Nutzung von Zellenergie zu passieren. Die Hauptunterschied zwischen aktivem und passivem Transport ist das aktiver Transport pumpt Moleküle mit ATP-Energie gegen den Konzentrationsgradienten wohingegen passiver Transport ermöglicht es den Molekülen, die Membran durch einen Konzentrationsgradienten zu passieren, ohne dass zelluläre Energie benötigt wird.

Dieser Artikel befasst sich mit,

1. Was ist aktiver Transport? – Definition, Typen, Funktion, Funktionsweise 2. Was ist passiver Transport? – Definition, Typen, Funktion, Funktionsweise 3. Was ist der Unterschied zwischen aktivem und passivem Transport?

Was ist aktiver Transport?

Aktiver Transport ist die Bewegung von Molekülen durch die Membran gegen den Konzentrationsgradienten mit Hilfe von Enzymen und Nutzung von Zellenergie. Es wird für die Ansammlung von Molekülen wie Glukose, Aminosäuren und Ionen in hohen Konzentrationen innerhalb der Zelle benötigt. Zwei Arten von aktivem Transport lassen sich unterscheiden: primärer aktiver Transport und sekundär aktiver Transport.

Primärer aktiver Transport

Beim primären aktiven Transport wird das Vorhandensein von Substanzen in der extrazellulären Flüssigkeit, die von der Zelle benötigt werden, von den spezialisierten Transmembranproteinen auf der Zellmembran erkannt, die als Pumpen für Transportmoleküle dienen. Diese Transmembranproteine ​​werden von ATP angetrieben. Der primäre aktive Transport ist am deutlichsten in der Natrium/Kalium-Pumpe (Na+/K+ ATPase), die das Ruhepotential der Zelle aufrechterhält. Die bei der Hydrolyse von ATP freigesetzte Energie wird genutzt, um drei Natriumionen aus der Zelle und zwei Kaliumionen in die Zelle zu pumpen. Dabei werden Natriumionen von einer niedrigeren Konzentration von 10 mM zu einer höheren Konzentration von 145 mM transportiert. Kaliumionen werden von einer Konzentration von 140 mM innerhalb der Zelle zu einer Konzentration von 5 mM extrazellulärer Flüssigkeit transportiert. Die Protonen-/Kaliumpumpe (H+/K+ ATPase) befindet sich in der Magenschleimhaut und sorgt für ein saures Milieu im Magen. Omeprazol ist ein Protonen-/Kaliumpumpenhemmer, der den Säurereflux im Magen reduziert. Sowohl während der oxidativen Phosphorylierung als auch der Photophosphorylierung der Elektronentransportkette wird der primäre aktive Transport verwendet, um ebenfalls eine Reduktionskraft zu erzeugen. Die Wirkung der Natrium-/Kaliumpumpe ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1: Natrium-/Kaliumpumpe

Sekundärer aktiver Transport

Der sekundäre aktive Transport wird durch einen elektrochemischen Gradienten angetrieben. Hier werden Kanäle durch porenbildende Proteine ​​gebildet. Beim sekundären Aktivtransport wird eine gleichzeitige Bewegung einer anderen Substanz gegen den Konzentrationsgradienten beobachtet. Somit können die am sekundären aktiven Transport beteiligten Kanalproteine ​​als Cotransporter identifiziert werden. Es gibt zwei Arten von Cotransportern: Antiporter und Symporter. Ein bestimmtes Ion und der gelöste Stoff werden durch Antiporter in entgegengesetzte Richtungen transportiert. Das häufigste Beispiel für Antiporter ist der Natrium/Calcium-Austauscher, der die Wiederherstellung der Calciumionenkonzentration im Kardiomyozyten nach dem Aktionspotential ermöglicht. Ionen werden durch den Konzentrationsgradienten transportiert, während der gelöste Stoff von Symportern gegen den Konzentrationsgradienten transportiert wird. Dabei werden beide Moleküle in die gleiche Richtung über die Zellmembran transportiert. SGLT2 ist ein Symporter, der zusammen mit den Natriumionen Glukose in die Zelle transportiert. Die Funktion von Symporter und Antiporter ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2: Die Wirkung von Symporter und Antiporter

Was ist passiver Transport?

Passiver Transport ist die Bewegung von Molekülen durch die Membran durch einen Konzentrationsgradienten ohne Verwendung von Zellenergie durch die Bewegung. Es nutzt die natürliche Entropie, um Moleküle von einer höheren Konzentration zu einer niedrigeren Konzentration zu bewegen, bis die Konzentration ausgeglichen ist. Dann gibt es keine Nettobewegung der Moleküle im Gleichgewicht. Es werden vier Haupttypen des passiven Transports gefunden: Osmose, einfache Diffusion, erleichterte Diffusion und Filtration. Die einfache Bewegung von Molekülen durch eine durchlässige Membran heißt einfache Diffusion. Kleine, unpolare Moleküle verwenden einfache Diffusion. Die Diffusionsstrecke sollte geringer sein, um eine bessere Strömung aufrechtzuerhalten. Der passive Transport durch die Membran ist in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3: Passiver Transport

Während erleichterte Diffusion, werden spezielle Transportproteine ​​verwendet, um die Bewegung von polaren Molekülen und großen Ionen zu steuern. Diese Transportproteine ​​sind Glykoproteine ​​und sind spezifisch für ein bestimmtes Protein. GLUT4 ist ein Glukosetransporter, der Glukose aus dem Blutkreislauf in die Zelle transportiert. Es kommt vor allem in Fett- und Skelettmuskeln vor. Drei Arten von Transportproteinen sind an der erleichterten Diffusion beteiligt: ​​Kanalproteine, Aquaporine und Trägerproteine. Kanalproteine machen hydrophobe Tunnel durch die Membran, die es den ausgewählten hydrophoben Molekülen ermöglichen, durch die Membran zu gelangen. Etwas Kanalproteine sind jederzeit geöffnet, und einige sind wie Ionenkanalproteine ​​gesteuert. Aquaporine Lassen Sie das Wasser schnell durch die Membran. Trägerproteine ​​ändern ihre Form und transportieren Zielmoleküle durch die Membran. Die erleichterte Diffusion durch Trägerproteine ​​ist in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4: Erleichterte Diffusion

Filtration ist die Bewegung von gelösten Stoffen zusammen mit Wasser aufgrund des hydrostatischen Drucks, der vom Herz-Kreislauf-System erzeugt wird. Es kommt in der Bowman-Kapsel in der Niere vor. Osmose ist die Bewegung von Wasser durch eine selektiv durchlässige Membran. Es tritt von einem hohen Wasserpotential zu einem niedrigen Wasserpotential auf.

Unterschied zwischen aktivem und passivem Transport

Definition

Aktiven Transport: Aktiver Transport pumpt Moleküle gegen den Konzentrationsgradienten durch die Zellmembran.

Passiver Transport: Passiver Transport ermöglicht es Molekülen, die Zellmembran durch einen Konzentrationsgradienten zu passieren.

Zellularer Energieverbrauch

Aktiven Transport: Aktiver Transport nutzt zelluläre Energie in Form von ATP.

Passiver Transport: Passiver Transport benötigt keine zelluläre Energie.

Transportarten

Aktiven Transport: Endozytose, Exozytose, Sekretion von Substanzen in den Blutkreislauf und Natrium-/Kaliumpumpe sind die Arten des aktiven Transports.

Passiver Transport: Diffusion, erleichterte Diffusion und Osmose sind die Arten des passiven Transports.

Rolle

Aktiven Transport: Aktiver Transport ermöglicht es Molekülen, die Zellmembran zu passieren, wodurch das durch die Diffusion hergestellte Gleichgewicht gestört wird.

Passiver Transport: Ein dynamisches Gleichgewicht von Wasser, Nährstoffen, Gasen und Abfallstoffen wird durch passiven Transport zwischen Zytosol und extrazellulärer Umgebung aufrechterhalten.

Partikel transportieren

Aktiven Transport: Ionen, große Proteine, komplexe Zucker sowie Zellen werden durch aktiven Transport transportiert.

Passiver Transport: Wasserlösliche Moleküle wie kleine Monosaccharide, Lipide, Sexualhormone, Kohlendioxid, Sauerstoff und Wasser werden durch passiven Transport transportiert.

Bedeutung

Aktiven Transport: Für den Eintritt großer, unlöslicher Moleküle in die Zelle ist ein aktiver Transport erforderlich.

Passiver Transport: Passiver Transport ermöglicht die Aufrechterhaltung einer empfindlichen Homöostase zwischen dem Zytosol und der extrazellulären Flüssigkeit.

Abschluss

Aktiver und passiver Transport sind die beiden Methoden, um Moleküle durch die Zellmembran zu transportieren. Aktiver Transport pumpt Moleküle mithilfe von Zellenergie gegen einen Konzentrationsgradienten. Beim primären aktiven Transport wird ATP als Energie verwendet. Beim sekundären aktiven Transport wird der elektrochemische Gradient verwendet, um Moleküle durch die Membran zu bewegen. Durch aktiven Transport werden Nährstoffe in die Zelle konzentriert. Passive Diffusion ermöglicht es kleinen, unpolaren Molekülen, sich durch die Membran zu bewegen. Es tritt nur durch einen Konzentrationsgradienten auf. Daher wird durch den Prozess keine Energie verbraucht. Osmose und Filtration sind ebenfalls Methoden der passiven Diffusion. Der Hauptunterschied zwischen aktivem Transport und passivem Transport besteht jedoch in ihren Mechanismen des Transports von Molekülen durch die Membran.

Referenz:1. „Passiver Transport und aktiver Transport über einen Zellmembranartikel (Artikel).“ Khan Akademie. N.S., N.D. Netz. 03. Mai 2017. 2. „Diffusion und passiver Transport.“ Khan Akademie. N.S., N.D. Netz. 03. Mai 2017.

Bildhöflichkeit: 1. „Schema Natrium-Kalium-Pumpe-de“ Von LadyofHats Mariana Ruiz Villarreal – Eigene Arbeit. Bild umbenannt von Image:Sodium-Potassium_pump.svg (Public Domain) über Commons Wikimedia2. „Porters“ von Lupask – Eigene Arbeit, Public Domain) über Commons Wikimedia3. „Abbildung 05 02 02“ Von CNX OpenStax – (CC BY 4.0) über Commons Wikimedia4. „Blausen 0213 CellularDiffusion“ Von Blausen.com-Mitarbeitern (2014). „Medizinische Galerie von Blausen Medical 2014“. WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436. – Eigene Arbeit (CC BY 3.0) über Commons Wikimedia