Stofftransport – Transport von Stoffen durch die Membran

Ohne die Versorgung der Zellorganellen innerhalb der Zellen mit Nährstoffen würde kein Organismus lange überleben. Wie in den bisherigen Kapiteln erläutert, schützt eine Membran das Zellinnere. Diese (Bio)membranen umgeben die Zelle und schließen diese von der Aussenwelt ab. (Nähr)stoffe, die in das Zellinnere gelangen sollen, müssen also diese Schutzvorrichtung überwinden bzw. „durchqueren“. Der Transport von Stoffen durch die Membran erfolgt durch aktiven oder passiven Transport. Kleinere Moleküle können ohne weitere Hilfe durch die Membranen durchdringen, während größere Moleküle (oder Ionen) durch Kanäle, sogenannte Carrier oder durch Pumpsysteme durch die Membran transportiert werden.

Der (aktive und passive) Stofftransport durch die Membran

Wie eingangs erwähnt, ermöglichen die Biomembranen den Stoffaustausch der Zellen und Zellumgebung. So ist die Biomembran für bestimmte Moleküle durchlässig während große Moleküle und Ionen die Membran nicht überwinden können. Daher bezeichnet man Biomembranen deshalb als semipermeabel.

Zu Unterscheidung des aktiven und passiven Stofftransportes durch die Membran muss kurz die Diffusion abgegrenzt werden (das Phänomen der Diffusion wurde bereits anderen Kapiteln erläutert, daher nur in Kürze). Der Vorgang der Diffusion beruht darauf, dass in Flüssigkeiten alle Teilchen sich ständig in regelloser Bewegung befinden (Bewegungsenergie = thermische Energie). Daher breitet sich eine Flüssigkeit auch im gesamten Raum aus, der der Flüssigkeit zur Verfügung steht. Das gleichmäßige Ausbreiten von Teilchen wird als Diffusion bezeichnet. Teilchen diffundieren dabei immer aus dem „Raum“, in dem sie in hoher Konzentration vorliegen, dorthin, wo die Konzentration gering ist. Eine Diffusion führt immer zu einem Konzentrationsausgleich.

Daher ist ein Stofftransport von Stoffen (durch Diffusion) in Richtung des Konzentrationsgefälles immer Energieunabhängig, während man zum Stofftransport entgegen dem Konzentrationsgefälle immer Energie aufwenden muss.

Der passive Transport

Im Gegensatz zu einem aktiven Transport, bei dem entweder Energie aufgewendet werden muss oder ein Transportcarrier benötigt wird, spricht man bei einem passiven Transportvorgang von einer erleichterten Diffusion. Bei einem passiven Transport werden Kanäle in der Membran (in Form sogenannter Tunnelproteine) durch körpereigene Signale geöffnet bzw. geschlossen.

Für diese Art der Diffusion muss keine Energie aufgewendet werden. Deshalb gehört die Diffusion zu den sogenannten passiven Transportprozessen. Prinzipiell können nur kleine unpolare Moleküle wie Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid die Membran durch Diffusion (ohne weitere Hilfsmittel) überwinden. Polare Moleküle werden mithilfe der oben erwähnten integraler Membranproteine durch die Membran transportiert.

Der aktive Transport

Beim aktiven Transport unterscheidet man zwei unterschiedliche Transportvorgänge. Zum einen den primären aktiven Transport. Dieser Stofftransport ist immer mit einer Energieumsetzung verbunden. Beim sekundären aktiven Transport wird der zu transportierende Stoff mit einem anderen Stoff transportiert. Dabei unterscheidet man zwei Arten von sekundären aktiven Transportvorgängen:Wird der zu transportierende Stoff mit dem anderen Stoff in die gleiche Richtung transportiert, spricht man von Symport, wird der Stoff in die entgegengesetzte Richtung transportiert, spricht man von Antiport. Hinweis: der Stoff, der den anderen Stoff transportiert, „diffundiert“ immer in die Richtung des Konzentrationsgefälles. Der zu transportierende Stoff wird meist gegen sein Konzentrationsgefälle transportiert.

Hinweis. Größere Moleküle werden auch durch Endocytose und Exocytose transportiert. Dabei wird das Molekül durch ein sogenanntes Vesikel aufgenommen und eingeschlossen (= Endecytose), durch die Zelle transportiert und wieder vom Vesikel abgegeben (= Exocytose).