Du transport de masse actif est une forme de transport de substrats à travers une biomembrane. Le transport actif a lieu contre un gradient de concentration ou de charge et a lieu avec la consommation d'énergie. Avec la maladie mitochondriale, ce processus est perturbé.
Qu'est-ce que le transport de masse actif?
Les phospholipides et les biomembranes bicouches séparent les compartiments cellulaires individuels du corps humain. En raison de leurs composants membranaires, les différentes biomembranes jouent un rôle actif dans le transport sélectif des substances. En tant que couche de séparation entre plusieurs zones, la biomembrane est intrinsèquement imperméable à la majorité de toutes les molécules. Seules les molécules lipophiles, plus petites et hydrophobes diffusent librement à travers la bicouche lipidique. Ce type de perméabilité membranaire coordonnée est également connu sous le nom de perméabilité sélective.
Les molécules diffusibles comprennent, par exemple, des molécules de gaz, d'alcool et d'urée.Les ions et autres substances biologiquement actives sont pour la plupart hydrophiles et sont retenus par la barrière biomembranaire. La biomembrane contient des protéines de transport afin que les ions, l'eau et les particules plus grosses telles que le sucre puissent se diffuser. Vous êtes activement impliqué dans le transport de substances. Le transport à travers une biomembrane est également appelé transport membranaire ou écoulement membranaire si la membrane elle-même se déplace.
Les biomembranes et leur perméabilité sélective maintiennent un environnement cellulaire spécifique à l'intérieur de la cellule, ce qui favorise les processus fonctionnels internes. Une cellule et ses compartiments communiquent avec leur environnement et procèdent à des échanges sélectifs de substances et de particules. Des mécanismes tels que le transport de substance active permettent un passage sélectif à travers les membranes sur cette base. Le transport de substance active doit être distingué du transport de substance passive et du transport de substance déplaçant la membrane.
Fonction et tâche
Le transport de substances à travers une biomembrane a lieu de manière active ou passive. Avec le transport passif, les molécules traversent la membrane dans le sens d'une concentration spécifique ou d'un gradient de potentiel sans consommer d'énergie. Le transport passif est donc une forme particulière de diffusion. De cette manière, des molécules encore plus grosses atteignent l'autre côté de la membrane à l'aide de protéines de transport membranaire.
En revanche, le transport actif est un processus de transport qui utilise l'énergie contre le gradient d'un biosystème. Différentes molécules peuvent être sélectivement transportées à travers la membrane contre le gradient de concentration chimique ou le gradient de potentiel électrique. Ceci est particulièrement important pour les particules chargées. En plus des aspects de charge, les aspects de concentration sont également pertinents pour leur bilan énergétique. La réduction de l'entropie dans un système fermé conduit à une augmentation du gradient de concentration. Cette relation joue un rôle tout aussi important pour le bilan énergétique que le transport de charge contre le champ électrique ou le potentiel de membrane au repos.
Bien qu'il s'agisse d'une charge ou d'un bilan énergétique dans le système, la concentration des particules et son évolution doivent être considérées séparément en raison de la biomembrane sélectivement perméable. L'énergie pour le transport actif est mise à disposition d'une part sous forme d'énergie de liaison chimique, par exemple sous forme d'hydrolyse de l'ATP. D'autre part, la réduction du gradient de charge peut servir de force motrice et ainsi générer de l'énergie électrique. La troisième possibilité d'alimentation en énergie résulte d'une augmentation de l'entropie présente dans le système communicant respectif et donc de la réduction d'un autre gradient de concentration. Un transport contre le gradient électrique est appelé électrogène. En fonction de la source d'énergie et du type de travail, une distinction est faite entre le transport actif primaire, secondaire et tertiaire. La translocation de groupe est une forme particulière de transport actif.
Le transport principalement actif se produit lorsque l'ATP est consommé, à l'aide duquel des ions inorganiques et des protons sont transportés hors de la cellule par des ATPases de transport à travers une biomembrane. Un ion est pompé, par exemple, du côté le plus faible au plus concentré à l'aide d'une pompe à ions.
La pompe sodium-potassium est la principale application de ce processus dans le corps humain. Tout en consommant de l'ATP, il pompe des ions sodium chargés positivement et simultanément des ions potassium chargés positivement dans une cellule. De cette manière, le potentiel de repos des neurones reste constant et des potentiels d'action peuvent être générés et transmis.
Avec le transport actif secondaire, les particules sont transportées le long du gradient électrochimique. L'énergie potentielle du gradient est utilisée comme entraînement pour transporter un deuxième substrat dans la même direction contre le gradient électrique ou le gradient de concentration. Ce transport actif joue un rôle notamment pour le symport sodium-glucose dans l'intestin grêle. Si le deuxième substrat est transporté en sens inverse, il peut également y avoir un transport de masse secondaire actif, par exemple dans le cas d'un antiport sodium-calcium utilisant un échangeur sodium-calcium.
Le transport actif tertiaire utilise un gradient de concentration établi par un transport actif secondaire basé sur un transport principalement actif. Ce type de transport est particulièrement important pour le transport des di- et tripeptides dans l'intestin grêle, qui est assuré par le transporteur peptidique 1. La translocation de groupe transporte des monosaccharides ou des alcools de sucre en tant que forme spéciale de transport de substances actives et modifie chimiquement les substances de transport par phosphorylation. Le système phosphotransférase d'acide phosphoénolpyruvique est l'exemple le plus important de ce mode de transport.
Maladies et affections
Le métabolisme énergétique ainsi que les enzymes de transport spéciales et les protéines de transport jouent un rôle dans le transport actif des substances. Si les protéines ou enzymes de transport en question ne sont pas présentes sous leur forme initialement planifiée physiologiquement en raison de mutations ou d'erreurs de transcription du matériel génétique, le transport de la substance active n'est que plus difficile ou, dans les cas extrêmes, n'est plus possible du tout.
Par exemple, certaines maladies de l'intestin grêle sont associées à ce phénomène. Les maladies avec une alimentation en ATP altérée peuvent également avoir des effets dévastateurs sur le transport actif des substances et provoquer des troubles fonctionnels dans divers organes. Ce n'est que dans quelques cas de telles maladies qu'un seul organe est atteint. Les troubles du métabolisme énergétique sont pour la plupart des maladies multi-organes qui ont souvent une base génétique.
Dans toutes les maladies mitochondriales, par exemple, le système enzymatique est affecté, qui est impliqué dans la production d'énergie par phosphorylation oxydative. Ces troubles comprennent notamment la perturbation de l'ATP synthase. Cette enzyme est l'une des protéines transmembranaires les plus importantes et apparaît, par exemple, dans la pompe à protons comme enzyme de transport. La tâche principale de l'enzyme est de catalyser la synthase de l'ATP. Afin de fournir de l'énergie, l'ATP synthase relie le transport énergétiquement favorisé des protons avec la formation d'ATP le long du gradient de protons. Cela fait de l'ATP synthase l'un des convertisseurs d'énergie les plus importants du corps humain et peut transformer une forme d'énergie en d'autres formes d'énergie. Les maladies mitochondriales sont des dysfonctionnements des processus métaboliques mitochondriaux et conduisent à une performance réduite du corps en raison de la synthèse réduite d'ATP.
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