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Lexikon der Ernährung: Transportmechanismen

Transportmechanismen, E transport mechanisms, Mechanismen zur Verlagerung von Molekülen bzw. Substanzen innerhalb von Zellen (z. B. zwischen Zell-Organellen: Zellkern, endoplasmatisches Reticulum, Cytoplama), über Zellgrenzen (beim Membrantransport), innerhalb von Zellverbänden in Organen, über das Blut- bzw. Lymphgefäßsystem oder durch den Gastrointestinaltrakt.
Zelluläre Ebene:
a) Membrantransport:
das Hindurchtreten von Ionen und bestimmten Molekülen durch eine Biomembran kann auf unterschiedliche Arten erfolgen: Die Bildung von Membranvesikeln, wie sie bei der Endocytose, der Exocytose sowie der Transcytose geschieht, dient v. a. dem Transport großer Partikel. Durch Endo- und Exocytose können auch Stoffe die Membran überwinden, die nicht durch die Lipidphase der Membran diffundieren können und für die es keine Transportkanäle gibt (s. a. endoplasmatisches Reticulum, Golgi-Apparat).
Ein passiver Transport entlang des Konzentrationsgradienten in Form einer einfachen (nicht katalysierten) Diffusion durch die Membran ist für Wasser und unpolare Moleküle möglich. Der Transport durch Diffusion kann auch von zwei verschiedenen Arten von Membranproteinen vermittelt werden (sog. erleichterte Diffusion): 1) Kanalproteine bilden wassergefüllte Tunnel durch die Membran, durch die bestimmte Ionen hindurchtreten können. 2) Transportproteine oder Trägermoleküle (Carrier, trägervermittelter Transport) binden die zu transportierende Substanz und verlagern sie durch eine Konformationsänderung durch die Membran. So werden z. B. Glucose (GLUT2) und Fructose (GLUT5) über einfache Trägermoleküle durch einen Uniport in die Dünndarmepithelzelle aufgenommen. Diese Transportvorgänge werden von dem elektrochemischen Gradienten angetrieben und verlaufen „bergab“, also in die energetisch begünstigte Richtung.
Im Gegensatz dazu findet ein aktiver Transport „bergauf“, d. h. gegen einen elektrochemischen Gradienten statt und erfordert zusätzliche Energie. Ist die Spaltung von ATP direkt mit dem Transportprozess gekoppelt, so liegt ein primär aktiver Transport vor. Die primär aktiven Trägermoleküle, die auch als Pumpen oder ATPasen bezeichnet werden, hydrolysieren ATP zu ADP + Phosphat und nutzen die dabei frei werdende Energie für den Transport. So werden z. B. durch die Na+ / K+-ATPase, die in allen Epithelmembranen vorkommt, zwei Kaliumionen in die Zelle transportiert und drei Natriumionen aus der Zelle befördert. Bei einem sekundär aktiven Transport wird der Konzentrationsgradient eines Stoffes, der durch den primär aktiven Prozess aufgebaut wurde, abgebaut, um so einen weiteren Stoff gegen seinen Konzentrationsgradienten zu transportieren. Auf diese Weise wird z. B. Glucose durch einen Symport mit zwei Natriumionen, der durch den Natriumgradienten angetrieben wird, in die Enterocyten des Dünndarms transportiert. Das Transportsystem für Di- und Tripeptide (PepT1) in Epithelien des Dünndarms ist ein Beispiel für einen tertiär aktiven Transport, es wird über die Na+ / K+-ATPase und den Na+ / H+-Austauscher energetisiert. Antiport.
Untersuchungen zum Membrantransport bedienen sich häufig der Patch-Clamp-Technik.
b) Transport innerhalb des Cytoplasmas. Dieser T. – neben reiner Diffusion finden auch gerichtete Prozesse entlang von Mikrotubulistrukturen des Cytoskeletts statt – spielt eine Rolle z. B. innerhalb des Axons von Neuronen (Transport von Stoffwechsel-Intermediaten und Neurotransmittern, aber auch von Krankheitserregern, wie z. B. Polioviren, oder Giften, wie z. B. Tetanustoxin).
Ferntransport mit dem Blutkreislauf und der Lymphe: Blut, Gefäßsystem, Lymphe.
Transport von Nahrungsbrei und Darminhalt: Schluckstörungen, Magenentleerung, Darm-peristaltik.

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