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Passiver Membrantransport - Prinzip und Mechanismen

Passiver Transport

Definition
Unter passivem Transport versteht man in der Biochemie die Diffusion eines Substrats durch die Membran. Die Diffusion findet entlang des (Konzentrations)gradienten und ohne Energieverbrauch statt.

Die Diffusion von Molekülen und Ionen durch Membranen kann ohne Energieaufwand nur entlang eines Gradienten erfolgen. Die treibende Kraft für den Transport ist in den meisten Fällen ein Konzentrationsgradient. Ein passiver Transport kann aber auch aufgrund eines elektrischen Membranpotenzials oder hydrostatischen Druckes stattfinden. In manchen Fällen können auch mehrere treibende Kräfte (z.B. elektrochemische Triebkraft) für den Transport verantwortlich sein.

Man unterscheidet zwischen zwei Arten von passivem Transport: einfache Diffusion und erleichterte Diffusion.

Passive Transportmechanismen

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Abb.1
Einfache Diffusion

Durch einfache Diffusion passieren einige biologisch relevante Gase wie O2, N2 oder CO2 die Membran. Aufgrund ihrer Lipidlöslichkeit können außer Fettsäuren auch einige Vitamine, unpolare Pharmaka oder toxische Substanzen wie aromatische Verbindungen oder Halogen-Wasserstoffe die Membran durch einfache Diffusion passieren. Auch Ethanol oder Harnstoff können durch die Lipiddoppelschicht diffundieren. Wasser kann die Lipid-Barriere durch einfache Diffusion nur mit geringer Transportrate überwinden. Die Penetration der Wasser-Moleküle ist von der Fluidität (Dichte) und Zusammensetzung der Membran abhängig.

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Abb.2
Erleichterte Diffusion durch Kanäle und Porine

In der Lipiddoppelschicht sind Proteine eingebettet, welche wassergefüllte Kanäle bilden. Durch diese können Ionen auf die andere Membranseite diffundieren. Solche Ionenkanäle können sich kontrolliert schließen und öffnen. Durch Ausbildung schwacher, nichtkovalenter Wechselwirkungen zum transportierten Ion wirken sie selektiv nach Molekülgröße und Ionenladung. Ein wenig selektiver Transport erfolgt durch so genannten Porine, also offene, wassergefüllte Poren, durch die je nach Poren-Durchmesser unterschiedlich große Substrat-Moleküle hindurchpassen. Für einige Substrat-Moleküle (z.B. Zucker) gibt es auch selektiv wirkende Porine. Wasser-Moleküle werden spezifisch durch die Aquaporine transportiert.

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Abb.3
Erleichterte Diffusion durch passive Carrier

Spezifische Membranproteine, die Carrier (auch Transporter oder Permeasen genannt), ermöglichen größeren und/oder polaren Molekülen oder Ionen den Durchtritt durch die Membran. Während des Transportvorgangs binden Carrier spezifisch durch schwache nichtkovalente Wechselwirkungen an ihre Substrat-Moleküle und schleusen sie durch die Membran, ohne sie chemisch zu verändern. Sie katalysieren somit eine Ortsveränderung des Substrates und unterliegen den Gesetzen der Enzymkinetik

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