Was ist der Zweck des Co-Transports?

Mein derzeitiges Verständnis des Co-Transports ist, dass zunächst eine Substanz aktiv durch eine Membran transportiert wird, wodurch ein Konzentrationsgradient über die Membran aufgebaut wird. Dieselbe Substanz diffundiert dann den etablierten Konzentrationsgradienten hinunter und wandert effektiv dorthin zurück, wo sie begonnen hat, aber diesmal über ein Transmembranprotein, das auch eine andere Substanz transportiert, unabhängig von ihrem Konzentrationsgradienten. Somit wird diese zweite Substanz dorthin transportiert, wo sie benötigt wird.

Wäre es dann nicht sinnvoller, den letztgenannten Stoff einfach aktiv zu seinem Bestimmungsort zu transportieren, anstatt einen anderen Stoff einzubeziehen, der am Ende des Prozesses keine Nettobewegung aufweist? Was ist der Vorteil des Co-Transports?

Dies ist eine nützliche Frage, und ich habe dafür gestimmt, aber es gibt keinen Grund, über Evolution zu sprechen. Halten Sie es einfach und sprechen Sie einfach über die Begründung eines Prozesses oder seinen Vorteil gegenüber einer Alternative oder warum er in manchen Situationen und ein anderer Prozess in anderen Situationen verwendet wird. Hören Sie auf, über Evolution zu sprechen, wenn Sie darüber nachdenken – zum Beispiel beim Vergleich der Biochemie verschiedener Organismen.

Antworten (2)

Wäre es dann nicht sinnvoller, den letztgenannten Stoff einfach aktiv zu seinem Bestimmungsort zu transportieren, anstatt einen anderen Stoff einzubeziehen, der am Ende des Prozesses keine Nettobewegung aufweist?

Aber woher sollte die Energie für den Transport kommen! Die Thermodynamik sagt uns, dass das Universum dazu neigt, die Menge an Unordnung ( Entropie ) zu erhöhen. Wenn wir einen aktiven Transport eines gelösten Stoffes haben, geht dies per Definition gegen einen Konzentrationsgradienten. Wir könnten also am Ende eine Substanz haben, die sich vollständig auf einer Seite einer Plasmamembran befindet, die überhaupt nicht ungeordnet wäre - die Thermodynamik würde dies eindeutig nicht von selbst zulassen, da wir die Entropie reduzieren würden.
Deshalb wird für den aktiven Transport Energie benötigt. Wir müssen die Beinarbeit leisten, indem wir etwas Energie aufwenden, um die Entropie lokal zu reduzieren und schließlich etwas auf eine Seite der Plasmamembran zu bewegen. Stellen Sie sich den Konzentrationsgradienten wie die aufgestaute Energie einer Feder vor. Wir können diese Energie freisetzen, wann immer wir wollen, um es thermodynamisch machbar zu machen, einen gelösten Stoff gegen seinen Konzentrationsgradienten zu bewegen.

Was ist der evolutionäre Vorteil des Co-Transports?

Wir haben festgestellt, dass wir eine Energiequelle brauchen, um den aktiven Transport voranzutreiben. Aber in der Tat, warum sollten wir einen Konzentrationsgradienten verwenden? Könnten wir nicht äquivalent eine andere Energiequelle nutzen? Nun ja, wir könnten ATP verwenden (zum Beispiel in Na + /K + -ATPase). Aber ein Konzentrationsgradient könnte bereits über einer Plasmamembran aufgebaut sein, also ist sie bereits als vorhandene Energiequelle vorhanden. Vielleicht hat sich deshalb der Co-Transport mit diesem Mechanismus entwickelt.

Ich folge Ihrer Antwort voll und ganz und hatte Ihren Vorschlag berücksichtigt. Allerdings wird beispielsweise in Begleitzellen des Xylems ein Konzentrationsgradient (von H+-Ionen, glaube ich) aktiv und bewusst aufgebaut, um Saccharose über Co-Transport zu transportieren. Welchen Zweck würdest du dann vorschlagen, hat dies?
@ElizabethT Es ist viele Jahre her, dass ich mich mit Pflanzenbiologie beschäftigt habe :) aber sind keine Begleitzellen im Phloem? Ich weiß, dass Phloem-Begleitzellen am aktiven Transport von Saccharose aus dem Saft beteiligt sind (mit dem sie sich dann selbst ernähren können). Die meisten Zellen haben bestimmte Aufnahmemechanismen, weil es Dinge wie Aminosäuren gibt, die sie im Inneren haben wollen, aber Dinge wie Ammoniak, die sie draußen haben wollen. Zellen können also Konzentrationsgradienten (und Co-Transport) verwenden, um dies zu kontrollieren.
Du hast vollkommen recht. Anfängerfehler - ich kenne mich mit Pflanzenbiologie aus, versprochen! Das ist ein interessanter Punkt, danke :)
@ElizabethT Kein Problem! Und ich wollte mit dieser Bemerkung zur Pflanzenbiologie nicht herablassend sein, ich meinte nur, dass Sie meine Antwort mit einem Körnchen Salz nehmen sollten :)
Das ist ehrlich gesagt nicht so, wie es rübergekommen ist, Sie haben neue Ideen eingebracht, die ich vorher nicht berücksichtigt hatte. Betrachte meinen Geist als erweitert!

@Jam weist zu Recht - wenn auch etwas langatmig - darauf hin, dass einer der Vorteile des Co-Transports (keine Evolution erforderlich) darin besteht, dass der Konzentrationsgradient eines co-transportierten Moleküls die thermodynamische Energie für den Transport liefern kann des anderen Moleküls gegen einen Konzentrationsgradienten. Dies wird quantitativ in Abschnitt 13.1.2 von Berg et al. behandelt. und qualitativ in Abschnitt 13.4 .

Es gibt jedoch noch einen weiteren Faktor zu berücksichtigen. Dies ist die Aufrechterhaltung der elektrischen Neutralität . Typischerweise sind es geladene Ionen, die transportiert werden (Anionen in den unten gezeigten Beispielen, entnommen aus Kapitel 18 von Berg et al. ), so dass ein Co-Transport eines Gegenions erforderlich ist, um die elektrische Neutralität aufrechtzuerhalten.

Mitochondriale Transporter

Das obige Diagramm hebt noch einen weiteren wichtigen Punkt hervor. Sie müssen sich die Biochemie der Co-Transportsysteme ansehen, anstatt sie nur abstrakt zu betrachten. Einer der Orte vieler Kotransporter ist die Mitochondrienmembran, wo der Transport Teil eines koordinierten Prozesses ist.

Betrachten Sie zum Beispiel ATP, ADP und Phosphat. ATP wird in den Mitochondrien aus ADP und Phosphat synthetisiert, und dann muss ein Großteil davon in das Zytoplasma transportiert werden. Gleichzeitig müssen ADP und Phosphat als Substrate für die Erzeugung von mehr ATP in die Mitochondrien gelangen. Aktiver Transport ist hier eindeutig ein Nichtstarter (er würde das zu transportierende ATP verbrauchen!) und Co-Transport stellt sicher, dass der Zufluss von ADP durch den Abfluss von ATP ausgeglichen wird. Der Phosphatzufluss (der durch den Hydroxidabfluss ausgeglichen wird, um die Neutralität zu bewahren) muss an diesen Prozess gekoppelt werden, obwohl mir nicht bekannt ist, wie dies erreicht wird (Beiträge sind hier willkommen).

Analoge Überlegungen gelten für NAD + und NADH, aber es werden eher die Elektronen als diese Verbindungen selbst transportiert, wobei oxidierte oder reduzierte Ersatzverbindungen verwendet werden. Shuttle-Systeme dieser Art integrieren die biochemischen Funktionen des Mitochondriums mit denen im Zytoplasma und müssen einzeln untersucht werden, um die Wahl der Co-Transporter zu verstehen. Abschnitt 18.5 von Berg et al. ist ein bequemer Ausgangspunkt.

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