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Anmerkung: Dies ist Seite 2 zur Biomembran. Die erste Seite findet ihr unter Biomembran: Übersicht und Lipide.
Wie kommen die Stoffe durch die Membran ins Zellinnere? Wir haben euch erklärt, dass einige Stoffe auch ins Zellinnere gelangen. Sie passieren die Membran durch verschiedene Methoden. Welche Möglichkeiten es da gibt, möchten wir euch nun zeigen.
Passive Transportvorgänge
Diffusion und Osmose sind passive Transportprozesse. Denn die Zelle muss keine Energie aufwenden, um den Transport der Stoffe zu ermöglichen. Der Transport wird durch ein Konzentrationsgefälle ermöglicht. Dies bedeutet: Niedrig geladene Teilchen wandern in den Bereich der höheren Konzentration und umgekehrt.
Diffusion
Sind die Poren einer Membran so groß, dass Moleküle sie passieren können, ist von Diffusion die Rede. Der Stoff wandert von dem Bereich mit der höheren Konzentration, zu dem Bereich mit der niedrigeren Konzentration. Das nennt man auch „Wanderung entlang ihres Konzentrationsgradienten“. Damit die Konzentration im Inneren der Zelle nicht größer oder kleiner als die Konzentration außerhalb der Zelle ist, findet eine gleichwertige Wanderung der Moleküle durch die Membran statt. Es entsteht also ein Fließgleichgewicht.
Osmose
Die Osmose ist ein Sonderfall der Diffusion. Man nennt sie auch einseitig gerichtete Diffusion. Hier steht die Wanderung von Molekülen durch eine semipermeable Membran im Vordergrund. Nur wenn eine semipermeable Membran vorliegt, spricht man von Osmose. Die Osmose ist die Wanderung von Teilchen aus einer niedrigen Konzentration in eine hohe Konzentration. Das führt dazu, dass eine angeglichene Konzentration entsteht.
Aktive Transportvorgänge
Die beiden passiven Transportvorgänge habt ihr soeben kennen gelernt. Ihr wisst, dass diese ganz ohne den Verbrauch von Energie passieren und eigenständig in Bewegung treten. Das liegt daran, dass ein Konzentrationsgefälle entsteht, durch welches die Teilchen ausgetauscht werden.
Jetzt lernt ihr die verschiedenen Arten des aktiven Transports kennen. Hier muss, anders als bei Diffusion und Osmose, Energie "hergestellt" werden, damit ein Transport stattfinden kann. Diese Energie nennt man ATP.
ATP bedeutet Adenosintriphosphat. Es ist ein Nucleotid, welches in den Energiespeichern der Zelle, gespeichert ist, und bei Bedarf freigesetzt werden kann. Die aktiven Transporte in der Zelle werden in drei verschiedene Arten aufgeteilt. Hier wird zwischen dem primären, dem sekundären und dem tertiären aktiven Transport unterschieden. Was bei den einzelnen Prozessen nun geschieht, erklären wir euch hier.
Der primär aktive Transport
Der erste aktive Transport, den wir euch vorstellen möchten, wird auch primär aktiver Transport genannt. Hier werden so genannte Ionenpumpen eingesetzt, die beim Transportieren der Teilchen helfen.
Eine Ionenpumpe ist nichts anderes, als ein integrales Tunnelprotein, welches, wie schon der Name sagt, als Tunnel durch die Membran das Zellinnere mit dem Zelläußeren verbindet. Die Ionenpumpen werden also als Transmembranproteine bezeichnet. Sie lassen die Ionen passieren.
Dabei findet einer der wichtigsten Prozesse in der Biologie statt. Die Zellenergie ATP wird produziert. So entsteht also die benötigte Energie, um den aktiven Transport zu ermöglichen. Die Ionen führen herbei, dass der Grundstoff der Zellenergie, das ADP in das Endprodukt, das ATP umgewandelt wird. Diese Ionenpumpen transportieren Teilchen von niedrigen Konzentrationen in höhere Konzentration.
Das wohl wichtigste Element der Anwendung für den aktiven Transport ist die Natrium-Kalium-Pumpe. Auch sie ist ein in die Zellmembran eingesetztes Protein. Mit Hilfe der Zellenergie, dem ATP, werden drei positiv geladene Natrium-Ionen aus der Zelle hinaus gelassen und im selben Schritt zwei Kalium-Ionen aufgenommen. Dadurch entsteht ein Ruhepotenzial, welches in Nervenzellen wichtig ist.
Der sekundär aktive Transport
Der zweite aktive Transport wird „sekundär“ genannt. Hier wird die Energie, welche durch den Konzentrationsgradienten entsteht, nicht dazu verwendet, die zum aktiven Transport notwendige Energie ATP herzustellen, sondern dient dazu, ein Ion zu transportieren. Dies geschieht also passiv. Das ganze wird zu einem aktiven Transport, da die Energie ATP im gleichen Schritt dazu genutzt wird, ein Substrat entgegen dem Konzentrationsgradienten zu transportieren. Der sekundär aktive Transport transportiert also Teilchen in die Zelle, während der primär aktive Transport ein Ion aus der Zelle heraus transportiert.
Beim sekundär aktiven Transport wird von zwei verschiedenen Arten gesprochen. Zum einen gibt es hier den Symport und zum Anderen den Antiport. Der Symport bezeichnet den Transport der Stoffe in die gleiche Richtung. Der Antiport ist der Transport in entgegengesetzte Richtungen.
Der tertiär aktive Transport
Nun kennt ihr schon zwei der aktiven Transportvorgänge an der Biomembran. Es fehlt also noch ein weiterer, aktiver Transport. Dieser wird tertiär aktiver Transport genannt und basiert auf den beiden anderen aktiven Transportprozessen.
Der tertiär aktive Transport nutzt das Konzentrationsgefälle, das durch den sekundär aktiven Transport aufgebaut wurde. Dieser sekundär aktive Transportprozess verwendete ja auch schon die Energie, welche durch den primär aktiven Prozess des Transports aufgebaut wurde. Ihr seht also, alle drei aktiven Transportprozesse bauen aufeinander auf. Der tertiär aktive Transport ermöglicht die Aufnahme von Peptiden, also verknüpften Aminosäuren im Dünndarm.
Der Membran verlagernde Transport
Die aktiven Transportprozesse habt ihr nun kennen gelernt. Ihr wisst, dass hier Transportproteine den größten Teil des Transportes ausmachen. Doch was passiert, wenn ein Stoff nicht durch ein solches Protein hindurch passt oder einfach nicht passieren kann?
Ein so genanntes Vesikelsystem kommt zum Einsatz. Mit Hilfe dieses Systems können zum Beispiel größere Teilchen, wie Nahrungspartikel oder Makromoleküle die Membran passieren.
Ein Vesikel ist ein Bläschen, welches durch Abschnürung der Membran entsteht. Sie bilden sich, wenn ein Teil der Membran abgestülpt wird und dadurch ein Kügelchen abgeschnürt wird. Dabei werden Stoffe umschlossen und gelangen so ins Innere des Vesikels. Genauso wie Vesikel sich von der Membran abtrennen, können sie auch wieder mit ihr verschmelzen. Dabei geben sie den Stoff in ihrem Inneren frei. Ein Transportprozess entsteht.
Der Membran verlagernde Transport lässt sich in zwei verschiedene Vorgänge aufteilen:
Endozytose
Die Endozytose ist ein weiterer Transportvorgang innerhalb der Biomembran. Wenn man sich die Übersetzung des Wortes „Endozytose“ genauer betrachtet, erkennt man die griechischen Wörter „kytos“ und „endon“. Ins Deutsche übersetzt, bedeuten sie „Zelle“ (kytos) und „innen“ (endon).
So wird die Endozytose auch als Transport von Stoffen und Partikeln ins Innere der Zelle bezeichnet. Bei der Endozytose muss zwischen den verschiedenen Stoffen unterschieden werden.
1. Sind Nahrungspartikel der Stoff, der transportiert werden soll, spricht man von Phagozytose. Ins Deutsche übersetzt bedeutet dies „Fresser“. Die Teilchen werden also von den Einstülpungen oder Vesikeln gefressen.
2. Sobald die Stoffe, welche transportiert werden sollen, in Wasser gelöst sind, spricht man von Pinozytose. Auch hier gibt die Übersetzung ins Deutsche wider, was das bedeutet. „Pino“ bedeutet trinken oder saugen. Bei der Pinozytose werden die Stoffe also aufgesaugt.
Exozytose
Anders als bei der Endozytose werden bei der Exozytose die Stoffe aus der Zelle heraus transportiert. Auch hier werden Vesikel, also Abschnürungen, verwendet. Bei den Stoffen, welche transportiert werden, kann es sich um unverdauliche Überreste handeln, oder andere Stoffe, die in der Zelle gebildet werden.
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