ATP-abhängige Pumpen

ATP-abhängige Pumpen sind Transmembranproteinkomplexe, so genannte ATPasen, die Ionen, Protonen oder andere kleine Moleküle unter ATP-Verbrauch von einer Seite der Zellmembran zur anderen befördern. Entdeckt wurden diese von dem dänischen Mediziner Jens Christian Skou, der 1997 den Nobelpreis für Chemie erhielt.

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Solche ATP-abhängigen Pumpen beziehen ihre Energie aus der Spaltung des universalen Energieüberträgers, dem Coenzym ATP in ADP + Phosphat. Energie für den Transport ist nötig, da solche ATP-abhängigen Pumpen meist gegen einen Gradienten (Konzentrationsgefälle, elektrochemischer Gradient etc.) arbeiten. Würde die Arbeit entlang eines solchen Gradienten erfolgen, würden die Teilchen von allein - mögliche Ursachen könnten u.a. die Brownsche Molekularbewegung oder elektrochemische Anziehungskräfte sein - die Membran passieren. Lipophile Teilchen würden die Membran einfach durchdringen können, hydrophile müssten durch Carrier- oder Tunnelproteine die Membran passieren.

Die Bindung des zu transportierenden Moleküls an solche Pumpen erfolgt nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip. ATP-abhängige Pumpen sind wie Enzyme oder Carrier-Proteine substratspezifisch. Somit ist eine spezielle chemische und räumliche Struktur notwendig. Es können also nur spezielle Moleküle andocken.

Der Transport findet folgendermaßen statt:

1. Bindung des zu transportierenden Molekül an die Pumpe
2. Energiefreisetzung durch ATP-Spaltung
3. Änderung der räumlichen Struktur der Pumpe (Konformationsänderung), so dass das zu transportierende Molekül auf der anderen Seite der Membran abgegeben werden kann
4. Rückbildung zum Originalzustand

Beispiele

Ein Beispiel für ATP-abhängige Pumpen sind die Natrium-Kalium-Pumpe, wie sie u. a. an Axonmembranen und Darmzellen vorkommt.