Transporte masivo activo

Del transporte masivo activo es una forma de transporte de sustratos a través de una biomembrana. El transporte activo tiene lugar frente a un gradiente de concentración o carga y tiene lugar con consumo de energía. Este proceso se altera en la enfermedad mitocondrial.

¿Qué es el transporte masivo activo?

Las biomembranas de fosfolípidos y de doble capa separan los compartimentos celulares individuales entre sí en el cuerpo humano. Debido a sus componentes de membrana, las diferentes biomembranas asumen papeles activos en el transporte selectivo de sustancias. Como capa de separación entre varias áreas, la biomembrana es inherentemente impermeable a la mayoría de las moléculas. Solo las moléculas lipofílicas, más pequeñas e hidrofóbicas se difunden libremente a través de la bicapa lipídica. Este tipo de permeabilidad coordinada de la membrana también se conoce como permeabilidad selectiva.

Las moléculas difusibles incluyen, por ejemplo, moléculas de gas, alcohol y urea. Los iones y otras sustancias biológicamente activas son en su mayoría hidrófilos y están sostenidos por la barrera de la biomembrana. La biomembrana tiene proteínas de transporte para que los iones, el agua y las partículas más grandes como el azúcar puedan difundirse. Participa activamente en el transporte de sustancias. El transporte a través de una biomembrana también se denomina transporte de membrana o flujo de membrana si la propia membrana se desplaza.

Las biomembranas y su permeabilidad selectiva mantienen un entorno celular específico dentro de la célula, que promueve procesos funcionales internos. Una célula y sus compartimentos se comunican con su entorno y realizan un intercambio selectivo de sustancias y partículas. Mecanismos como el transporte de sustancias activas permiten el paso selectivo a través de las membranas sobre esta base. El transporte de sustancias activas debe distinguirse del transporte pasivo de sustancias y del transporte de sustancias que desplazan la membrana.

Función y tarea

El transporte de sustancias a través de una biomembrana se realiza de forma activa o pasiva. Con el transporte pasivo, las moléculas atraviesan la membrana en la dirección de una concentración específica o gradiente de potencial sin consumir energía. El transporte pasivo es, por tanto, una forma especial de difusión. De esta manera, moléculas aún más grandes llegan al otro lado de la membrana con la ayuda de proteínas transportadoras de membrana.

Por el contrario, el transporte activo es un proceso de transporte que utiliza energía contra el gradiente de un biosistema. Diferentes moléculas pueden transportarse selectivamente a través de la membrana contra el gradiente de concentración química o el gradiente de potencial eléctrico. Esto es particularmente importante para las partículas cargadas. Además de los aspectos de carga, los aspectos de concentración también son relevantes para su balance energético. La reducción de la entropía en un sistema cerrado conduce a un aumento del gradiente de concentración.Esta relación juega un papel tan importante para el equilibrio energético como el transporte de carga contra el campo eléctrico o el potencial de membrana en reposo.

Aunque se trata de un balance de carga o energía en el sistema, la concentración de partículas y su cambio deben considerarse por separado debido a la biomembrana selectivamente permeable. La energía para el transporte activo se pone a disposición, por un lado, como energía de unión química, por ejemplo en forma de hidrólisis de ATP. Por otro lado, la reducción del gradiente de carga puede servir como fuerza motriz y generar así energía eléctrica. La tercera posibilidad de proporcionar energía resulta de un aumento de la entropía presente en el sistema de comunicación respectivo y, por tanto, de la reducción de otro gradiente de concentración. El transporte contra el gradiente eléctrico se denomina electrogénico. Según la fuente de energía y el tipo de trabajo se distingue entre transporte activo primario, secundario y terciario. La translocación de grupo es una forma especial de transporte activo.

El transporte principalmente activo se produce cuando se consume ATP, con la ayuda del cual los iones y protones inorgánicos se extraen de la célula mediante el transporte de ATPasas a través de una biomembrana. Un ión se bombea, por ejemplo, desde el lado de menor concentración al de mayor concentración con la ayuda de una bomba de iones.

La bomba de sodio-potasio es la aplicación principal de este proceso en el cuerpo humano. Mientras consume ATP, bombea iones de sodio cargados positivamente y simultáneamente iones de potasio cargados positivamente a una célula. De esta manera, el potencial de reposo de las neuronas permanece constante y los potenciales de acción se pueden generar y transmitir.

Con el transporte activo secundario, las partículas se transportan a lo largo del gradiente electroquímico. La energía potencial del gradiente se utiliza como impulso para transportar un segundo sustrato en la misma dirección contra el gradiente eléctrico o gradiente de concentración. Este transporte activo juega un papel especialmente importante en el transporte paralelo de sodio-glucosa en el intestino delgado. Si el segundo sustrato se transporta en la dirección opuesta, también puede haber un transporte de masa secundario activo, por ejemplo en el caso del antipuerto sodio-calcio por medio de un intercambiador de sodio-calcio.

El transporte activo terciario utiliza un gradiente de concentración establecido por el transporte activo secundario basado en el transporte principalmente activo. Este tipo de transporte juega un papel principalmente para el transporte de dipéptidos y tripéptidos en el intestino delgado, que es realizado por el transportador de péptidos 1. La translocación de grupo transporta monosacáridos o alcoholes de azúcar como una forma especial de transporte de sustancia activa y cambia las sustancias de transporte químicamente a través de la fosforilación. El sistema de fosfotransferasa del ácido fosfoenolpirúvico es el ejemplo más importante de este modo de transporte.

Enfermedades y dolencias

El metabolismo energético, así como las enzimas transportadoras especiales y las proteínas transportadoras, juegan un papel en el transporte activo de sustancias. Si las proteínas transportadoras o enzimas en cuestión no están presentes en su forma originalmente planificada fisiológicamente debido a mutaciones o errores en la transcripción del material genético, el transporte activo de sustancias solo es más difícil o, en casos extremos, ya no es posible en absoluto.

Por ejemplo, algunas enfermedades del intestino delgado están asociadas con este fenómeno. Las enfermedades con suministro de ATP deficiente también pueden tener efectos devastadores sobre el transporte activo de sustancias y causar trastornos funcionales en varios órganos. Solo en unos pocos casos de tales enfermedades solo se afecta un órgano. Los trastornos del metabolismo energético son principalmente enfermedades de múltiples órganos que a menudo tienen una base genética.

En todas las enfermedades mitocondriales, por ejemplo, se ve afectado el sistema enzimático, que participa en la producción de energía a través de la fosforilación oxidativa. Estos trastornos incluyen, en particular, la alteración de la ATP sintasa. Esta enzima es una de las proteínas transmembrana más importantes y aparece, por ejemplo, como enzima de transporte en la bomba de protones. La principal tarea de la enzima es catalizar la sintasa de ATP. Para proporcionar energía, la ATP sintasa vincula el transporte de protones energéticamente favorecido con la formación de ATP a lo largo del gradiente de protones. Esto hace que la ATP sintasa sea uno de los convertidores de energía más importantes del cuerpo humano y puede transformar una forma de energía en otras formas de energía. Las enfermedades mitocondriales son disfunciones de los procesos metabólicos mitocondriales y conducen a un rendimiento reducido del cuerpo debido a la síntesis reducida de ATP.