4. Vorlesung Diffusion von Wasser über Biomembranen PDF

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Diffusion von Wasser über Biomembranen 

Direkt durch die fluide Lipiddopppelschicht und durch wasserspezifische Kanalproteine (Aquaporine)

Wasser selbst ist obwohl leicht geladen in der Lage frei durch die Plasmamembran, durch die Biomembrane, hindurchzutreten (freie Diffusion). Früher hat man angenommen, dass es der einziger Weg wie was in eine Zelle kommt. Es liegt aber auch in bestimmten Zellen, wo aber auch Proteine in die Plasmamembran eingelagert sind. Die sogenannten Kanalproteine, in diesem Fall Aquaporine, die Wasser durchgängig sind & die Wasser nochmal schneller durchtreten lassen. Unter Normalbedingung wenn der Wassertransport aquaporinvermittelt ist, dann ist dieser Kanal auf. Hier gibt es ein Bereich des Proteins der phosphoryliert ist und dann sozusagen eine Kappe hier nach außen geöffnet Wasser kann hindurchtreten. Bei Trockenstress, wenn also Wasser nicht verloren gehen soll, dann wird das angehängte Phosphat (was am Aquaporin angehängt ist) entfernt, also es wird dephosphoryliert. Bei Trockenstress gibt es kein Phosphor und der Kanal schließt sich, weil hier ein Teil des Proteine diese Öffnung verschließt. Dann kann Wasser nur über die freie Diffusion auftreten und das ist langsamer als wenn diese spezielle Poren geöffnet sind.

Also in einer Membran kann Wasser durch die Membran durchtreten. Durch die lipophile Schicht der Membran der Transport dann etwas eingeschränkter ist aber doch funktionieren kann.

Passiver Transport: erleichterte Diffusion durch gesteuerte Kanäle („gated channels“)

In der Biomembran befindet sich ein Kanalprotein (, ein Protein das durch die Membran hindurch reißt und hier eine Möglichkeit hat eine Pore, ein Kanal, zu öffnen. ) Betrachten wir die Situation, dass die Konzentration einer polaren Substanz die durch die lipophile Region der Membran nicht durchtreten kann, dass diese Konzentration im äußeren Bereich höher ist als im inneren Bereich. Es gibt ein Konzentrationsunterschied. Die Angleichung der Konzentration kann jetzt also so vollzogen werden das entweder Wasser nach außen austritt oder die Substanzen nach innen reinkommt. Dieser Transport nach innen wird gefördert dadurch, dass die Substanz eine Signalsubstanz (Signalmolekül (Ligand)) an eine Bindesstelle andockt und es zu einer Konformationsänderung kommt, der Kanal öffnet sich und entlang des Gradienten (von der hohen Konzentration zur inneren) diffundiert passiv das Molekül von außen nach innen.

Wichtig hierbei ist ein Konzentrationsunterschied. Diese Art von Transport ist dann also aber auch kein Energie die aufgewandt wird (, keine extra Energie in Form von ATP aufgewandt wird). Hier steckt die Energie letztendlich die treibende Kraft in den Konzentrationsunterschied zwischen diesen beiden Bereichen. Alina von WhatsApp: -Das Signalmolekül (Ligand) bindet an den Kanal -es ist eine Signalsubstanz

Der K+-Kanal

Hier haben wir den entsprechenden Kanal festgelegt durch zwei Proteine, die hier in diesem Bereich wo das Minus mit zwei geladene Sauerstoffatomen in räumlichen nähen kommen. Diese Sauerstoffatome erlauben es den Kalium (das umgeben ist von einer Hydrathülle) genau da zwischen reinzupassen die Größe ist Kaliummoleküls bedeutet, dass der Molekül angezogen wird von den Sauerstoffatomen aber die Hydrathülle sozusagen weggeschoben wird. Das heißt das Wasser, das um das Kalium lokalisiert ist, kommt hier nicht durch, wird also sozusagen weggeschoben durch diese Kanal Situation, die hier entstanden ist wo die beiden Proteine sehr nah aneinander liegen und diese entsprechend Ladung minus- (Sauerstoff) die plusladung (des Kaliums) anzieht. Für Natrium geht das nicht, weil die Hydrathülle zu groß ist und das Natriummolekül zu klein ist. Deswegen wird es nicht so stark angezogen von den Minus des Sauerstoffsatome und können die Hydrathülle deshalb nicht abstoßen. Das Natrium bleibt außen. Das heißt wir haben hier eine Möglichkeit Spezifität herein zu bekommen, das heißt sehr ähnliche Moleküle, Natrium bleibt draußen und Kalium kommt nach innen. Wir haben hier eine Selektivität, die durch Kanäle hervorgerufen wird.

Passiver Transport: erleichterte Diffusion durch Bindung an Membranproteine

Die Konzentration von Glucose ist im Außenmilieu höher als im Zellinnenraum. Eigentlich will die Glucose nach innen, wird aber durch die Membran aufgehalten und geht nur durch ein Transportprotein, welches Glucose bindet. Die Form nach der Bindung des Transportprotein ändert sich (, die Konformation ändert sich/ Konformationsänderung,) und die Glucose wird nach innen abgegeben. Das Transportprotein ändert nach der Abgabe wieder in den ursprünglichen Zustand. Dieser Transport wird bei Zuckern und bei Aminosäuren beobachtet. Die Geschwindigkeit der Diffusion ist abhängig von der Konzentrationsunterschied. Das ist aber wenn Transportproteine eine Rolle spielen nicht endlos möglich denn es ist noch abhängig davon wie viele Transporte vorliegen. Die Geschwindigkeit der Transportproteine werden nicht schnellen, wenn alle Transportmoleküle ersetzt sind. Bei geringeren Glucosekonzentration sind einige Transporter noch nicht belegt, während die Konzentration höher wird alle Transporter belegt werden und dann eine Geschwindigkeit (Diffusionsrate) nicht gesteigert werden kann.

- unspezifisch: wirken für alle Moleküle in gleicher Form (nimmt man ein roten Tropfen Tinte in ein Wasserglas, der wird genauso ausgleichen durch Diffusion wie ein blauer Tropfen) - Bei erleichtere Diffusion (Treibende Kraft): Hängt nicht alleine von den Konzentrationsgradient ab. Hängt auch von den Transmolekülen in der Membran ab, aber die treibende Kraft ist ansonsten nur das Konzentrationsgefälle/ Konzentrationsgradient -spezifisch: hängt davon ab, ob das Protein eine Bindungsstelle für die jeweils transportierende Moleküle hat Der passivenTransport ist keine Energiezufuhr nötig

Anders sieht es bei aktiven Transport. Da ist die Energiezufuhr nötig. Diese Energie ist ATP, das Hydrolysiert wird in Phosphat und ADP. Der Membranprotein ist auch erforderlich und es ist spezifisch....