Aufgaben 25 Die Ordnung des Lebendigen Wie erfolgt der Transport durch die Membran im Detail? Im vorigen Abschnitt war die Rede davon, dass Wassermoleküle durch Biomembranen wandern können. Tatsächlich ist das nicht ganz so einfach, da die Membraninnenräume aus lipophilen, wasserabweisenden Fettsäuren bestehen. Ungeladene kleine Moleküle wie O2 und in geringerem Ausmaß auch kleine Moleküle wie Wasser oder CO2 können tatsächlich zwischen den Membranlipiden hindurch diffundieren. Für große Moleküle oder elektrisch geladene Teilchen (Ionen) stellen solche Lipide hingegen eine undurchdringliche Barriere dar, selbst für das kleinste aller Ionen, das H+. Diese Teilchen benötigen Schleusen – die zuvor erwähnten Membranproteine. Bei der Beförderung von Stoffen durch diese Schleusen wird unterschieden zwischen passivem Transport (entlang eines Konzentrationsgefälles) und aktivem Transport (gegen ein Konzentrationsgefälle) (kAbb. 22). Beim passiven Transport wiederum unterscheidet man Kanalproteine, die ständig geöffnet sind, von Transportproteinen oder Carriern, die kontrolliert geöffnet und geschlossen werden können. Aktiver Transport erfolgt immer kontrolliert – hier ist auch die Bereitstellung von Energie für diesen Prozess nötig. Ein typisches Beispiel für passiven Transport durch ein Kanalprotein ist der oben erwähnte Durchlass von Wasser. Diese Wasserkanal-Proteine heißen Aquaporine und sind erstaunlich effiziente Diffusionshelfer. Durch ein Aquaporin können jede Sekunde drei Milliarden Wassermoleküle passieren! Durch eine Membran dicht besetzt mit Aquaporinen, die so groß wie diese Buchseite ist, könnte mehr als ein Liter Wasser in der Sekunde diffundieren! Aquaporine sind daher vor allem in Zellen zu finden, wo schnelle Wasserdiffusion wichtig ist, etwa in Nierenzellen. Ein Beispiel für aktiven Transport ist die Aufnahme von Kalium-Ionen aus dem Bodenwasser durch die Wurzeln von Pflanzen. Die Konzentration von Kalium in den Wurzelzellen ist oft um den Faktor 1000 höher als im umgebenden Wasser – passive Aufnahme ist also unmöglich! Hier muss das Kalium aktiv ins Zellinnere transportiert werden. Dazu muss die Pflanze Energie in der Form von ATP (siehe S. 47) aufwenden. Kanalproteine und Transportproteine schleusen Substanzen durch die Membran Abb. 22: Kanalproteine und Stofftransport. Passiver Transport erfolgt von hoher zu niedriger Konzentration – direkt durch die Membran oder durch Kanalproteine (oben). Aktiver Transport erfolgt gegen das Konzentrationsgefälle – unter Energieverbrauch (unten). Der passive Transport erfolgt mit dem Konzentrationsgefälle. Ein Kanalprotein erleichtert die Diffusion von hydrophilen Molekülen oder Ionen. Der aktive Transport erfolgt gegen das Konzentrationsgefälle. Transport durch die Membran 1 W Ordne den Wassertransport in den Aquaporinen den dir bekannten Transportvorgängen zu. Erläutere deine Überlegungen anhand von Abb. 23. 2 W Vergleiche den Bau und die Funktion von Tunnelproteinen, wie den Aquaporinen, und Carriern. Abb. 23: Aquaporin. hydrophiler Innenbereich hydrophober Außenbereich Wassermoleküle Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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