5.10 : Erleichterter Transport

Plasmamembranen sind aufgrund ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften selektiv permeabel. Da Plasmamembranen sowohl hydrophobe als auch hydrophile Bereiche haben, müssen Substanzen in der Lage sein, beide Bereiche zu durchqueren. Der hydrophobe Bereich der Membranen stößt Substanzen wie z.B. geladene Ionen ab. Daher benötigen solche Substanzen spezielle Membranproteine, um die Membran erfolgreich durchqueren zu können. Bei dem Prozess des erleichterten Transports, der auch als erleichterte Diffusion bezeichnet wird, passieren Moleküle und Ionen eine Membran über zwei Arten von Membrantransportproteinen: Kanäle und Trägerproteine. Diese Membrantransportproteine ermöglichen eine Diffusion ohne zusätzlichen Energiebedarf.

Kanalproteine

Bei Kanalproteinen handelt es sich um hydrophile Poren, durch die sich geladene Moleküle bewegen können. So meiden sie die hydrophobe Schicht der Membran und können diffundieren. Kanalproteine sind spezifisch für eine bestimmte Substanz. So sind beispielsweise Aquaporine (AQP) Kanalproteine, die gezielt den Transport von Wasser durch die Plasmamembran ermöglichen.

Kanalproteine sind entweder immer offen oder werden durch einen Mechanismus zur Kontrolle des Durchflusses gesteuert. Geschlossene Kanäle bleiben so lange geschlossen, bis ein bestimmtes Ion oder eine bestimmte Substanz an den Kanal bindet oder ein anderer Mechanismus aktiviert wird. Geschlossene Kanäle befinden sich beispielsweise in Zellmembranen von Muskel- oder Nervenzellen. Muskelkontraktionen treten auf, wenn sich die relativen Konzentrationen von Ionen auf der Innen-und Außenseite einer Membran durch das kontrollierte Schließen oder Öffnen von Kanälen verändern. Ohne eine geregelte Barriere könnte eine Muskelkontraktion nicht effizient ablaufen.

Trägerproteine

Die Trägerproteine binden an eine bestimmte Substanz was eine Strukturänderung des Proteins bewirkt. Die Änderung der Form ermöglicht eine Bewegung entlang des Konzentrationsgradienten der Substanz. Aus diesem Grund ist die Transportgeschwindigkeit nicht vom Konzentrationsgradienten, sondern von der Anzahl der verfügbaren Trägerproteine abhängig. Wenn die Wasserstoffbrückenbindungen von Proteinen destabilisiert werden, verändern diese zum Beispiel ihre Form. Der komplette Mechanismus durch den Trägerproteine ihre Form verändern ist allerdings noch nicht vollständig verstanden.

Diffusionsraten

Selbst bei einer einfachen Diffusion ermöglicht der erleichterte Transport eine Diffusion mit unglaublichen Geschwindigkeiten. Kanalproteine bewegen zehn Millionen Moleküle pro Sekunde und Trägerproteine bewegen tausend bis eine Million Moleküle pro Sekunde.