Biologie (9/14) - Applied Digital Life Sciences
Channel: Biologie Screencasts
Date: 18/11/2022

Einführung in Biologie im Bachelorstudium Applied Digital Life Sciences der ZHAW: https://www.zhaw.ch/de/lsfm/studium/bachelor/applied-digital-life-sciences/ 


Membrantransport ermöglicht der Zelle den Stoffaustausch mit der Umwelt über die Zellmembran hinweg oder der Zellorganellen mit dem Zytosol. Der passive Membrantransport erfordert keine Energie, läuft jedoch nur entlang von bestehenden Konzentrationsgradienten ab. Der aktive Membrantransport erfordert Energie, ist entlang und entgegen von Konzentrationsgradienten möglich. 

Beim passiven Membrantransport werden drei Varianten unterschieden. Die einfache Diffusion beschreibt den Durchtritt von Molekülen durch die Lipiddoppelschicht ohne Membrantransportproteine und ist relevant für Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasser. Bei der erleichterten Diffusion durchqueren die zu transportierenden Moleküle die Membran entweder mit Hilfe von Kanalproteinen, die ihre Konformation nicht ändern. Oder der Durchtritt wird von Carrierproteinen ermöglicht, die dabei eine reversible Konformationsänderung durchlaufen.

Auch beim aktiven Membrantransport lassen sich drei Varianten unterscheiden. Uniporter transportieren eine Verbindung unter ATP-Verbrauch. Antiporter transportieren zwei unterschiedliche Verbindungen in entgegengesetzter Richtung, Symporter zwei Verbindungen in die gleiche Richtung. Sowohl beim Symporter wie auch beim Antiporter fliesst eine der beiden Verbindungen entlang ihres Konzentrationsgradienten. Die dabei frei werdende Energie treibt den Transport der zweiten Verbindung entgegen ihres Konzentrationsgradienten an.

Chemische Gradienten werden von ungeladenen Verbindungen erzeugt. Die im chemischen Gradienten enthaltene Energie beruht auf der ungleichen Verteilung von Teilchen. Elektrochemische Gradienten entstehen durch Ionen. Hier setzt sich der Energiegehalt des Gradienten aus der ungleichen Verteilung von Teilchen und Ladungen zusammen. 

Diffusion beschreibt die Durchmischung von Verbindungen, welche durch die brownsche Molekularbewegung angetrieben wird. Bei der Osmose sind zwei Kompartimente mit unterschiedlichen Konzentrationen an gelösten Verbindungen durch eine selektiv permeable Membran getrennt. Der Bereich mit der tieferen Konzentration ist hypoton, jener mit der höheren Konzentration hyperton. Weil die gelösten Verbindungen die selektiv permeable Membran nicht überwinden können, ist ein Konzentrationsausgleich nur möglich, wenn die Moleküle des Lösungsmittels Wasser vom Ort der tieferen Konzentration durch die Membran hindurch zum Ort der höheren Konzentration fliessen. Die damit einhergehende Volumenzunahme führt bei tierischen Zellen zur Lyse, da die Zellmembran schliesslich reisst. Bei Zellen mit einer Zellwand hingegen erzeugt die Osmose einen Zellinnendruck, der auch als Turgor bezeichnet wird. Das osmotisch einfliessende Wasser drückt die Zellmembran von innen gegen die Zellwand, die den Druck aushält.

Das Wasserpotential beschreibt die Bereitschaft eines Systems Wassermoleküle abzugeben oder zurückzubehalten. Ein Wasserpotential von 0 bedeutet, dass das System reines Wasser enthält und dieses bereitwillig abgibt. Bei einem zunehmend negativeren Wasserpotential hingegen behält das System die Wassermoleküle stärker zurück bzw. gibt sie weniger bereitwillig ab.


00:00 Themen der heutigen Lektion
00:46 Bedeutung des Membrantransports
01:24 Formen des passiven Membrantransports
14:00 Formen des aktiven Membrantransports
22:19 Chemische und elektrochemische Gradienten
26:42 3 Fragen zum Membrantransport
31:19 Diffusion
33:25 Osmose
39:56 Frage Osmose und Turgor