STOFFTRANSPORT DURCH BIOMEM- BRANEN

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1 DIE BIOMEMBRAN Vorkommen Plasmalemma Grenzt Cytoplasma nach außen ab Tonoplast Grenzt Vakuole vom Cytoplasma ab Zellkernmembran Mitochondrienmembran Plastidenmembran ER Kompartimente Durch Zellmembran abgegrenzte Zwischenräume Funktion: Aufgliederung der Zelle in viele getrennte Reaktionsräume Kontrollierter Durchtritt von Stoffen Membranen sind semipermeabel Kleine Moleküle wie Wasser gehen durch, große Moleküle wie z.b. Ionen werden zurückgehalten. Es findet eine Auswahl der benötigten oder auszuscheidenden Stoffe statt (selektiv permeabel). Bausteine von Membranen Baussteine sind v.a. Lipide und Proteine. Membranlipide sind v.a. Phospholipide, am liebsten Lecithin Aufbau des Lecithin bipolar (2 hydrophobe Fettsäuren und ein hydrophiler Anteil, nämlich Glycerin und Phosphorylcholin). Dieser Bau bewirkt folgende Eigenschaften: Wasserunlöslich Gut löslich in vielen organischen Lösungsmitteln In wässriger Umgebung als geordnete Molekülverbände (u.a. zweilagige Lamellen) Membranproteine 1960er: Flüssig-Mosaik-Modell nach Singer/Nicolson Proteine liegen unregelmäßig verteilt auf der Lipiddoppelschicht. Es gibt daher: Periphere Proteine: Sind lose an die Membranoberfläche gebunden Integrale Proteine: Dringen unterschiedlich tief in die Lipidschicht ein (bis ganz hindurch = Pore), evtl. noch Proteine auf Pore gelagert Die Membran ist bei Körpertemperatur in flüssig-kristallinem Zustand (Proteine schwimmen in der Lipidschicht). Glykokalyx Oligosaccharidseitenkette der Glykolipide sitzen auf der Außenseite der Plasmamembran (Beispiel: Antigene der roten Blutzellen = Oberflächenstrukturen aus Kohlehydraten)

2 STOFFTRANSPORT DURCH BIOMEM- BRANEN Diffusion und Osmose Auslöser ist unterschiedliche Konzentration Passiver Vorgang Spezifischer Transport Gezielter spezifischer Transport ist möglich Eigenschaften: Schneller als freie Diffusion Substratspezifisch (nur eine bestimmte Substanz wird transportiert) Transport wird vermittelt durch Transportproteine (sog. Carrier) = integrale Proteine Arten von Transportproteinen Uniport: Kann nur ein einziges Substrat transportieren Symport: 2 Substrate werden gleichzeitig in die gleiche Richtung transportiert Antiport: 2 Substrate werden gleichzeitig in entgegengesetzte Richtung transportiert Bau eines Carriers Tunnelartiges Protein: Transportiert Substrat durch Konformationsänderung (d.h. der Tunnel ist offen oder geschlossen, je nach Bedarf); hängt von der Anwesenheit des zu transportierenden Stoffes ab (Ligand) Außerdem Kanalproteine: Bilden Kanal durch Membran und lassen bestimmte Ionen hindurchtreten

3 2 Formen des spezifischen Transports Passiver Transport: Konzentrationsunterschied vorhanden; Verlauf von hoher zu niedriger Konzentration; kein Energieverbrauch; Beispiele: Glucosetransport durch die Erythrocytenmembran oder Ionentransport durch Membranen von Muskelzellen Aktiver Transport: Transport gegen ein Konzentrationsgefälle; dadurch Stoffkonzentration auf einer Seit der Membran; Energieverbrauch Unterformen: primärer aktiver Transport (Aufbau von elektrochemischen Potentialen, z.b. bei der Na/K-Pumpe, siehe Abbildung) und sekundärer aktiver Transport (Nutzen der elektrochemischen Potentiale, die beim primären aktiven Transport aufgebaut werden zum Transport von Stoffen in die Zelle). asics_of_life/images/l2_passivetransport.jpg

4 Endozytose und Exozytose Endocytose Vesikel bilden sich in der Zellmembran und umschließen Stoffe. Diese wandern ins Zellinnere. Unterscheidung: Phagozytose: Aufnahme fester Stoffe Pinozytose: Aufnahme gelöster Stoffe Beispiel: Leukozyten vernichten Fremdkörper Exocytose Bildung von Vesikeln. Diese wandern zur Membranoberfläche und der Inhalt wird abgegeben. Die Vesikelmembran verschmiltzt mit der Zellmembran. Beispiel: Entleerung der pulsierenden Vakuole beim Pantoffeltierchen Beide Abbildungen: Materialien/beck/bs11-18.htm&h=433&w=300&sz=29&hl=de&start=1&tbnid=oaGybFpt58StZM:&tbnh=126&tbnw=87&prev=/i mages%3fq%3dexocytose,%2bendozytose%26svnum%3d10%26hl%3dde%26lr%3d

5 PLASMAMEMBRAN ALS SIGNALVER- MITTLER Aufnahem von Signalen und Weiterleitung in Zelle (Hormone u. Neurotransmitter) Plasmamembran hat dafür Rezeptoren Arten: - primärer Botenstoff (first messanger): lösen direkt Reaktion in der Zelle aus - sekundärer Botenstoff (second messanger): werden nur an Rezeptor gebunden (Außenoberfläche der Zelle) und lösen im Innern Produktion eines 2. Botenstoffs aus, der dann die Reaktion auslöst

6 IONOPHOREN Plasmamembran ist selektiv permeable für Ionen hohe Geschwindigkeit Transport von Ionen durch spezielle Transportproteine (= Ionophoren) 2 Arten von Ionophoren: - mobile Ionen-Carrier bewegen sich von einer Membrnseite zur anderen - kanalbildende Ionophoren Kanäle durch die Membran hindurch Ladung des Ions wird durch Ionophor abgeschirmt (Käfig) Transport ohne Energieaufwand (elektrochemischer Gradient) Aufbau Mobile Ionen-Carrier - Ring - Außen KWreste - Innen Metallion, wo es von 6 8 Sauerstoffatomen umgeben wird (ersetzen Hydrathülle) Kanalbildende Ionophoren - Helixkonfiguration eines Polypeptids - 2 Polypeptide übereinander bilden den Kanal