3/2/15
Biologie
Die Biomembran
-Zelle besteht aus einer äußeren und einer inneren Zellmembran
->diese ist semipermeabel, das bedeutet, dass nicht alle Stoffe die Membran passieren können, sondern nur solche, die bestimmte Kriterien erfüllen
-bei der Biomembran entscheidet sich das Passieren der Stoffe durch die Membran anhand der Polarität
->Das bedeutet: Je polarer ein Teilchen, desto geringer ist die Chance, dass es die Membran passieren kann
-Biomembran besteht aus einer Lipidoppelschicht
-> Lipid ist ein Teilchen, was aus wasserunlöslichen Stoffen besteht
-> Lipide sind wichtigsten Bestandteile der Biomembran
-> bestehen aus einem Kopf und einem Schwanz
-> Unterschied: Kopf wasserliebend=hydrophil
Schwanz nicht wasserliebend=hydrophob
-> hydrophile Bereich weißt nach außen hin
-Nicht eine einzelne Schicht die Membran begrenzt, sondern gleich zwei Lipidreihen die Begrenzung der Zelle darstellen
-> weil Membran wichtige Transportfunktionen erfüllen muss
-Die Membran begrenzt die Zelle von außen
-> extrem dünn, das Nötigste wird abgehalten, gröbere Eingriffe jedoch zerstören die Membran
-Diese Lipidschicht -> permanent in Bewegung, besonders reizempfindlich
Funktionen der Biomembran:
-Schutz + Umhüllung
-Kompartimentierung: dienen der Abgrenzung verschiedener Reaktionsraume mit unterschiedlicher Reaktionsbedingung. Nur so ist ein geordneter Ablauf unterschiedlicher Stoffwechselvorgange zur gleichen Zeit in einer Zelle möglich
-Stofftransport
-Antigeneigenschaft
-1972 wurde das Dason-Danielli Modell durch
-> “Fluid mosaic Model” abgelöst
-Dieses Modell beschreibt die Membran als ein flüssiges Mosaik; es sieht vor, dass die Lipide ein visköses zweidimensionales Lösungsmittel bilden, in das Proteine mehr oder weniger tief eingelassen und in dem sie verankert sind
Biomembran: Transportvorgaenge, Diffusion und Osmose
-Diffusion und Osmose= passive Transportprozess
-> Zelle muss keine Energie aufwenden, um den Transport der Stoffe zu ermöglichen
Diffusion
-Transport von Molekülen durch die Zellmembran hindurch
-Dieser Vorgang findet solange statt, bis Konzentrationsgefälle ausgeglichen wurde
-Solange dieses noch vorhanden ist bewegen sich mehr Teilchen in Richtung der geringeren Konzentration als umgekehrt
-Für die Diffusion muss die Zelle keine Energie aufwenden
-Die Diffusion lässt sich über die Brownsche Molekularbewegung erklären: Darunter wird die vom schottischen Botaniker Robert Brown ( wieder ) entdeckte Wärmebewegung von Teilchen in Flüssigkeiten bezeichnet
-Diffusion beschleunigt sich bei Erhöhung der Temperatur
-Diffusionsgeschwindigkeit abhängig von:
->Temperatur
-> Konzentrationsgradienten
-> Art des diffundieren Stoffes
Osmose
-ein einseitiger gerichteter Diffusionsvorgang durch eine semipermeable Membran
-Folgender Versuch verdeutlicht dies:
-gesättigte Zuckerlösung ist durch eine Membran von Wasser getrennt
->Diese Membran ist für Wasser einfach zu durchdringen, für die Zuckermoleküle jedoch nicht zu durchdringen
-Wasser ist damit in der Lage, die Membran in beide Richtungen zu durchdringen -da die Konzentration an Wassermolekülen in reinem Wasser höher ist als in der Zuckerlösung, diffundieren mehr Wassermoleküle in die Lösung hinein als von ihr nach außen
-der osmotische Druck: Druck, der den Fluss von Wassermolekülen durch eine semipermeable Membran herantreibt
-Viele Stoffe osmotisch aktiv: Traubenzucker (Glucose), viele Salzarten
->bewirken Osmose von Wasser
-Starke (amido) ist nicht osmotisch aktiv
Aktive Transportvorgänge
-Transport gegen Konzentrationsgefälle kann nicht durch passiven Transport erreicht werden, denn dafür benötigt man Energie
-Aus diesem Grund spricht man - wenn Energie benötigt wird - von aktivem Transport
-Man unterscheidet den primär aktiven Transport und den sekundär aktiven Transport
Der primär aktive Transport
-beim primär aktiven Transport wird ATP als Energiequelle verwendet ( Hinweis: ATP steht dabei für Adenosintriphosphat und ist der universelle Speicher chemischer Energie in der Zelle )
-Ein Ion wird durch eine so genannte Ionenpumpe von der Seite der niedrigeren auf die Seite der höheren Konzentration gepumpt
Der sekundär aktive Transport
-Protonenpumpen schaffen die Voraussetzung für einen sekundär aktiven Transport, denn durch diese wird unter Energieaufwand ein Membranpotential aufgebaut
-> Das ermöglicht dann den sekundär aktiven Transport von zum Beispiel anorganischen Ionen durch Ionenkanäle gegen ein Konzentrationsgefälle
Endozytose
Exozytose
-bei der Exozytose die Stoffe aus der Zelle heraus transportiert
Hypotonische Lösung
-Ausdruck hypoton bezeichnet Lösung mit geringem osmotischen Druck
-Dabei ist hypo das griechische Wort für “unter"
-Bringt man nun eine Zelle in eine hypotone Lösung, dann diffundiert Wasser netto in die Zelle
->Diese Zelle wird dadurch immer voller, schwillt an und kann dadurch sogar zum Platzen gebracht werden.
Hypertonische Lösung
-Das hyperton steht für "über" aus dem Griechischen
Darunter versteht man eine Lösung mit höherem osmotischen Druck als ein Vergleichsmedium
->Bringt man eine Zelle nun in eine hypertonische Lösung, dann verliert diese Zelle Wasser an die Umgebung
-> Grund: Die Wasserkonzentration in der Zelle ist höher als im umgebenden Medium. Durch den Wasserverlust schrumpft die Zelle zusammen. Geschieht dies über einen längeren Zeitraum kann die Zelle durch diesen Vorgang absterben.
-isotonische Lösung = Lösung mit gleicher Konzentration
-bedeutet, dass innerhalb der Zelle der gleiche Konzentrationswert vorliegt, wie in der Lösung, in der sie liegt
-Es herrscht also ein Konzentrationsgleichgewicht
-In der Zelle sind genauso viele gelöste Teilchen, wie in der Lösung
-> die gleiche Konzentration
-der Zelle besonders wichtig, einen Ausgleich der Konzentrationen herzustellen
-> gleiche Konzentrationsverhältnisse mussen herrschen
-Wasserteilchen diffundieren aus der Zelle durch die Biomembran in die Lösung und umgekehrt
-Druck innerhalb der Zelle immer gleich groß
-> isotone Zustand der Zelle ist der Idealzustand
-> Alle tierischen Zellen befinden sich in diesem Zustand des Zelldrucks
Plasmolyse und Deplasmolyse
Als Plasmolyse bezeichnet man bei lebenden Pflanzenzellen die Ablösung der Zellmembran (Plasmalemma) von der Zellwand durch Wasseraustritt infolge einer höheren Konzentration osmotisch wirksamer Substanzen außerhalb der Zellmembran (vgl. Osmose).
Die Plasmolyse schreitet im Prinzip solange fort, bis die Konzentrationen zwischen Außen- und Innenraum ausgeglichen sind. (Die Zellwand stellt übrigens keine Barriere dar, sodass die hinzugegebene Lösung auch in den Raum zwischen Zellwand und Zellmembran eindringt!)
Deplasmolyse
Wird eine zuvor plasmolysierte Zelle in nahezu reines Wasser (z. B. destilliertes Wasser oder Regenwasser) gegeben, so strömt Wasser in die Zelle hinein - und das Plasmalemma legt sich wieder an die Zellwand an. Allerdings wird eine starke Plasmolyse vielfach zu einer Schädigung der Zelle führen, sodass die betreffende Zelle nach der Deplasmolyse nicht mehr funktionstüchtig ist.
Prinzipiell ist es aber möglich, die Vorgänge (Plasmolyse, Deplasmolyse) wiederholt nacheinander ablaufen zu lassen.
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