Trasporto di massa attivo

Del trasporto di massa attivo è una forma di trasporto di substrati attraverso una biomembrana. Il trasporto attivo avviene contro un gradiente di concentrazione o di carica e avviene con il consumo di energia. Nella malattia mitocondriale, questo processo è disturbato.

Cos'è il trasporto di massa attivo?

Il fosfolipide e le biomembrane a doppio strato separano i singoli compartimenti cellulari l'uno dall'altro nel corpo umano. A causa dei loro componenti a membrana, le diverse biomembrane assumono un ruolo attivo nel trasporto selettivo delle sostanze. Come strato separatore tra diverse aree, la biomembrana è intrinsecamente impermeabile alla maggior parte di tutte le molecole. Solo le molecole lipofile, più piccole e idrofobe si diffondono liberamente attraverso il doppio strato lipidico. Questo tipo di permeabilità di membrana coordinata è anche noto come permeabilità selettiva.

Le molecole diffusibili includono, ad esempio, molecole di gas, alcol e urea.Gli ioni e altre sostanze biologicamente attive sono per lo più idrofile e sono trattenuti dalla barriera della biomembrana. La biomembrana ha proteine ​​di trasporto in modo che gli ioni, l'acqua e le particelle più grandi come lo zucchero possano diffondersi. Sei attivamente coinvolto nel trasporto di sostanze. Il trasporto attraverso una biomembrana è anche chiamato trasporto di membrana o flusso di membrana, se la membrana stessa si sposta.

Le biomembrane e la loro permeabilità selettiva mantengono un ambiente cellulare specifico all'interno della cellula, che promuove i processi funzionali interni. Una cellula e i suoi compartimenti comunicano con il loro ambiente ed effettuano uno scambio selettivo di sostanze e particelle. Meccanismi come il trasporto di massa attivo consentono il passaggio selettivo attraverso le membrane su questa base. Il trasporto della sostanza attiva deve essere distinto dal trasporto passivo della sostanza e dal trasporto della sostanza che sposta la membrana.

Funzione e compito

Il trasporto di sostanze attraverso una biomembrana avviene attivamente o passivamente. Con il trasporto passivo, le molecole passano attraverso la membrana nella direzione di una concentrazione specifica o di un gradiente potenziale senza consumare energia. Il trasporto passivo è quindi una forma speciale di diffusione. In questo modo, molecole ancora più grandi raggiungono l'altro lato della membrana con l'aiuto delle proteine ​​di trasporto della membrana.

Il trasporto attivo, d'altra parte, è un processo di trasporto che utilizza energia contro il gradiente di un biosistema. Diverse molecole possono essere trasportate selettivamente attraverso la membrana contro il gradiente di concentrazione chimica o il gradiente di potenziale elettrico. Ciò è particolarmente importante per le particelle cariche. Oltre agli aspetti di carica, anche gli aspetti di concentrazione sono rilevanti per il loro bilancio energetico. La riduzione dell'entropia in un sistema chiuso porta ad un aumento del gradiente di concentrazione. Questa relazione gioca un ruolo altrettanto importante per il bilancio energetico quanto il trasporto di carica contro il campo elettrico o il potenziale di membrana a riposo.

Sebbene si tratti di una carica o di un bilancio energetico nel sistema, la concentrazione delle particelle e il suo cambiamento devono essere considerati separatamente a causa della biomembrana selettivamente permeabile. L'energia per il trasporto attivo è resa disponibile da un lato come energia di legame chimico, ad esempio sotto forma di idrolisi dell'ATP. D'altra parte, la riduzione del gradiente di carica può servire da forza motrice e quindi generare energia elettrica. La terza possibilità di approvvigionamento energetico deriva da un aumento dell'entropia presente nel rispettivo sistema di comunicazione e quindi dalla riduzione di un altro gradiente di concentrazione. Il trasporto contro il gradiente elettrico è chiamato elettrogeno. A seconda della fonte di energia e del tipo di lavoro, si distingue tra trasporto attivo primario, secondario e terziario. La traslocazione di gruppo è una forma speciale di trasporto attivo.

Il trasporto principalmente attivo si verifica quando viene consumato ATP, con l'aiuto del quale gli ioni e protoni inorganici vengono portati dalla cellula trasportando ATPasi attraverso una biomembrana. Uno ione viene pompato, ad esempio, dal lato concentrato inferiore a quello concentrato superiore con l'aiuto di una pompa ionica.

La pompa sodio-potassio è l'applicazione principale di questo processo nel corpo umano. Mentre consuma ATP, pompa ioni di sodio caricati positivamente e simultaneamente ioni di potassio caricati positivamente in una cellula. In questo modo, il potenziale di riposo dei neuroni rimane costante e i potenziali d'azione possono essere generati e trasmessi.

Con il trasporto attivo secondario, le particelle vengono trasportate lungo il gradiente elettrochimico. L'energia potenziale del gradiente viene utilizzata come guida per trasportare un secondo substrato nella stessa direzione contro il gradiente elettrico o il gradiente di concentrazione. Questo trasporto attivo gioca un ruolo soprattutto per il symport sodio-glucosio nell'intestino tenue. Se il secondo substrato viene trasportato nella direzione opposta, può esserci anche un trasporto di massa secondario attivo, ad esempio nel caso dell'antiport sodio-calcio utilizzando uno scambiatore sodio-calcio.

Il trasporto attivo terziario utilizza un gradiente di concentrazione stabilito dal trasporto attivo secondario basato sul trasporto principalmente attivo. Questo tipo di trasporto è particolarmente importante per il trasporto di- e tripeptide nell'intestino tenue, che viene effettuato dal trasportatore peptidico 1. La traslocazione del gruppo trasporta monosaccaridi o alcoli di zucchero come una forma speciale di trasporto di sostanze attive e modifica chimicamente le sostanze di trasporto attraverso la fosforilazione. Il sistema della fosfotransferasi dell'acido fosfoenolpiruvico è l'esempio più importante di questa modalità di trasporto.

Malattie e disturbi

Il metabolismo energetico così come speciali enzimi trasportatori e proteine ​​trasportatrici svolgono un ruolo nel trasporto attivo delle sostanze. Se le proteine ​​trasportatrici o gli enzimi in questione non sono presenti nella loro forma originariamente pianificata fisiologicamente a causa di mutazioni o errori nella trascrizione del materiale genetico, il trasporto della sostanza attiva è solo più difficile o, in casi estremi, non è più possibile.

Ad esempio, alcune malattie dell'intestino tenue sono associate a questo fenomeno. Malattie con apporto di ATP ridotto possono anche avere effetti devastanti sul trasporto attivo di sostanze e causare disturbi funzionali in vari organi. Solo in pochi casi di tali malattie è colpito solo un singolo organo. I disturbi del metabolismo energetico sono per lo più malattie multiorgano che spesso hanno una base genetica.

In tutte le malattie mitocondriali, ad esempio, è interessato il sistema enzimatico, che è coinvolto nella produzione di energia attraverso la fosforilazione ossidativa. Questi disturbi includono, in particolare, l'interruzione dell'ATP sintasi. Questo enzima è una delle proteine ​​transmembrana più importanti e appare, ad esempio, nella pompa protonica come enzima di trasporto. Il compito principale dell'enzima è catalizzare la sintasi dell'ATP. Per fornire energia, l'ATP sintasi collega il trasporto di protoni energeticamente favorito con la formazione di ATP lungo il gradiente protonico. Ciò rende l'ATP sintasi uno dei convertitori di energia più importanti nel corpo umano e può trasformare una forma di energia in altre forme di energia. Le malattie mitocondriali sono malfunzionamenti dei processi metabolici mitocondriali e portano a una riduzione delle prestazioni dell'organismo a causa della ridotta sintesi di ATP.