Cotransport, auch als symport oder sekundärer aktiver Transport bezeichnet, ist ein biochemischer Prozess, bei dem zwei oder mehr Moleküle gleichzeitig über eine Zellmembran transportiert werden, wobei der Transport eines Moleküls den Transport eines anderen Moleküls unterstützt oder mit ihm gekoppelt ist. Dieser Mechanismus spielt eine zentrale Rolle bei der Zellphysiologie, da er es Zellen ermöglicht, Nährstoffe, Ionen und andere Substanzen effizient in und aus der Zelle zu transportieren, oft gegen Konzentrationsgradienten. Der Cotransport ist besonders in den Bereichen der Membransignaltransduktion, der Nährstoffaufnahme und der Elektrolytregulation von entscheidender Bedeutung.

Cotransport kann in zwei Hauptarten unterteilt werden: den Symport und den Antiport.

Symport: Bei einem Symport werden zwei oder mehr Moleküle in die gleiche Richtung über die Membran transportiert. Ein typisches Beispiel für diesen Mechanismus ist der Transport von Glukose oder Aminosäuren in Zellen, gekoppelt mit dem Transport von Natriumionen (Na+). Dabei wird die Energie, die durch den Gradienten von Natriumionen über die Membran erzeugt wird (d.h. die höhere Konzentration von Natrium außerhalb der Zelle im Vergleich zum Inneren), genutzt, um den Transport von Glukose oder Aminosäuren in die Zelle zu treiben. Der Energiestrom von Natrium in die Zelle dient als "Treibstoff" für den Transport des anderen Moleküls. Dies ist ein Beispiel für sekundären aktiven Transport, da der Transport von Natrium durch die Membran ursprünglich durch eine ATP-abhängige Natrium-Kalium-Pumpe aufgebaut wird.

Antiport: Beim Antiport werden zwei Moleküle in entgegengesetzte Richtungen transportiert. Ein klassisches Beispiel ist der Austausch von Natrium- und Kaliumionen über die Zellmembran, der von der Natrium-Kalium-Pumpe vermittelt wird. In diesem Fall wird Natrium aus der Zelle herausgepumpt, während Kalium in die Zelle transportiert wird, was zur Aufrechterhaltung des Membranpotentials und des osmotischen Gleichgewichts beiträgt.

Der sekundäre aktive Transport, zu dem der Cotransport gehört, unterscheidet sich vom primären aktiven Transport darin, dass er nicht direkt die Energie von ATP nutzt, sondern sich die elektrochemische Energie eines Ionengradienten zunutze macht. Ein typisches Beispiel für primären aktiven Transport ist die Na+/K+-Pumpe, die direkt ATP verwendet, um Natriumionen aus der Zelle zu pumpen und Kaliumionen in die Zelle zu transportieren, wodurch ein Ionengradient entsteht. Dieser Ionengradient wiederum stellt die Energiequelle für den sekundären aktiven Transport bereit, der dann durch Cotransporterproteine realisiert wird.

Ein weiteres Beispiel für Cotransport im Körper ist der Transport von Calciumionen (Ca2+) in den Zellen, der durch Natrium-Kalzium-Antiporter vermittelt wird. In diesem Fall wird der Transport von Natriumionen in die Zelle gekoppelt mit dem Transport von Calciumionen aus der Zelle heraus, wodurch eine hohe Konzentration von Calciumionen außerhalb der Zelle aufrechterhalten wird.

Cotransport spielt auch eine wichtige Rolle in vielen physiologischen Prozessen, wie zum Beispiel in der Nierenfunktion. In den Nieren wird der Cotransport von Natrium und anderen Substanzen genutzt, um Nährstoffe, Elektrolyte und Wasser aus dem Urin in das Blut zurückzuführen, ein Prozess, der für die Aufrechterhaltung der Homöostase und der Flüssigkeitsbilanz im Körper entscheidend ist. Insbesondere der Natrium-Glukose-Cotransport in den Nierenepithelzellen ist ein klassisches Beispiel für Cotransport in der Physiologie.

Ein weiteres bemerkenswertes Beispiel für Cotransport ist der Transport von Zucker oder Aminosäuren in Pflanzenzellen. Hier wird häufig der Cotransport von Protonen (H+) zusammen mit Zuckerarten wie Saccharose genutzt, um die Effizienz der Nährstoffaufnahme zu steigern.

Die Proteine, die Cotransport ermöglichen, werden Cotransporter oder Symporter (im Falle des Symports) bzw. Antiporter (im Falle des Antiports) genannt. Diese Transporter sind spezialisierte Membranproteine, die die Substanzen binden und sie durch die Zellmembran bewegen. Sie weisen eine hohe Spezifität für die Moleküle auf, die sie transportieren, und können so sicherstellen, dass nur bestimmte Moleküle in bestimmten Kontexten transportiert werden. Cotransporter sind in nahezu allen Zellen des Körpers zu finden und kommen in verschiedenen Geweben vor, von Nieren und Darm bis hin zu Nervenzellen.

Die Regulation des Cotransports ist ebenfalls ein wichtiges Thema, da Fehler in diesen Transportmechanismen zu schweren Erkrankungen führen können. Beispielsweise kann eine Fehlregulation der Natrium-Glukose-Cotransporter im Darm zu Problemen bei der Glukoseaufnahme führen, was zu Krankheiten wie Diabetes beitragen kann. Ebenso kann eine Störung des Natrium-Calcium-Antiporters zu einer Anhäufung von Calciumionen in den Zellen führen, was wiederum zu Herzrhythmusstörungen oder anderen kardiovaskulären Problemen führen kann.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Cotransport ein fundamentaler Mechanismus für den Transport von Molekülen über Zellmembranen ist, der auf den Prinzipien des sekundären aktiven Transports basiert. Durch die Nutzung von elektrochemischen Gradienten ermöglicht der Cotransport der Zelle, wichtige Moleküle effizient aufzunehmen oder auszuscheiden, was für die Zellfunktion und das allgemeine Wohlbefinden des Organismus von entscheidender Bedeutung ist.