Stofftransport durch Biomembranen 2

Biologie
EF
Zellbiologie
AB 17
Datum:
Stofftransport durch Biomembranen 2
M1 Passiver Stofftransport
Der passive Stofftransport findet entlang des Konzentrationsgefälles statt. Kleine hydrophobe oder kleine polare
Moleküle können dabei sehr langsam durch die Lipiddoppelschicht diffundieren. Die Zelle muss für diesen
Transport keine Energie aufwenden. Hydrophile Moleküle können mithilfe von Transportproteinen durch die
Membran gelangen.
M2 Die Natrium-Kalium-Ionen-Pumpe – ein aktiver Stofftransport
1. Erläutern Sie die passiven Transportvorgänge A bis C mithilfe der Abbildungen in M1.
2. Notieren Sie die Beschreibungen
2
bis
6
zur Erklärung der Natrium-Kalium-Ionen-Pumpe in M2.
3. Leiten Sie eine allgemeine Definition für den Begriff „aktiver Transport“ ab.
Lösungen:
Stofftransport durch Biomembranen (Seite 18)
1. A Kleine hydrophobe Moleküle und kleine polare Moleküle können direkt durch die Lipiddoppelschicht
diffundieren. So diffundieren zum Beispiel Wassermoleküle vom hypotonischen Außenmedium durch die
Membran in das hypertonische Zellinnere. Dieser Transport erfolgt ohne Energieaufwand, also passiv. Die
Diffusion durch eine halbdurchlässige Membran wird als Osmose bezeichnet.
B Wasserlösliche Moleküle und hydratisierte Ionen können die Schicht nicht frei passieren. Hier ermöglichen
Membran-Transportproteine den Stofftransport. Ein Tunnelprotein trägt an den Innenwänden polare
Seitengruppen. Diese ermöglichen es, hydrophilen Teilchen die Membran zu passieren. Da die Proteine nur eine
bestimmte Kanalgröße haben, kann meist nur ein bestimmter Stoff passieren.
C Eine andere Form der Transportproteine kann die räumliche Gestalt wechseln. So entstehen zwei Zustände,
die während der Formveränderung ein Molekül der gelösten Substanz durch die Membran transportieren. Das
Protein kann eigentlich in beide Richtungen transportieren. Entscheidend ist, dass sich die Bewegung immer
nach dem Konzentrationsgradienten richtet.
2. 2 Ein ATP-Molekül wird gespalten, die freie Phosphatgruppe wird zur Phosphorylierung des Proteins
verwendet. Dieses ändert daraufhin seine räumliche Struktur (Konformation).
3 Durch die Konformationsänderung werden Natrium-Ionen nun nach Außen abgegeben. Es handelt sich um
insgesamt drei Natrium-Ionen.
4 Zwei Kalium-Ionen werden aus der Zellumgebung in das Protein aufgenommen. Die Phosphatgruppe wird
dabei wieder frei.
5 Durch das Freigeben des Phosphatrestes wird die ursprüngliche Konformation wieder erreicht.
6 Die beiden Kalium-Ionen werden ins Cytoplasma abgegeben. Die Bindungsstellen für Natrium-Ionen liegen
wieder vor. Der Kreislauf kann von neuem beginnen.
Der gesamte Transportprozess findet gegen ein starkes Konzentrationsgefälle statt.
3. Aktive Transportprozesse können Substrate gegen ein Konzentrationsgefälle transportieren. Sie arbeiten nach
einem Pumpprinzip unter Energieaufwand. Deshalb brauchen sie immer eine Kopplung mit einem
energieliefernden Prozess, zum Beispiel die Spaltung von ATP.