Was heissen die Begriffe in der Biologie?
Ich weiss ja was Kohlenhydrate an sich sind aber wenn wir für die Klausur: "Zellbestandteile: Kohlenhydrate, Proteine, Lipide und Wasser" erklären sollen weiss ich nicht weiter.
ausserdem was bedeutet diffusion und osmose kann mir das jemand mit einfachen worten am besten erklären und nicht im Wikipedia dialekt?
und wenn bei dem Aufbau eine Biomembran als Beispiel eine lipid Doppelschicht angegeben bedeutet das nicht es gibt verschiedene Aufbau arten? und wenn ja welche sind das?
und zum Schluss wäre es auch toll wenn mir jemand die Transportvorgänge in einer Biomembran erklären kann
vieles hab ich schon durchgelesen auf verschiedensten seiten aber nicht wirklich verstanden weswegen ich euch hiermit bitte mir diese begriffe zu erklären.
vielen dank an alle! ein wunderschönen abend noch.
liebe grüsse Louis
1 Antwort
Moin AniTsukiYu,
na, das sind ja mal eine Menge Fragen. Ich werde dir alles möglichst einfach und klar erklären, aber mach dich auf eine Menge Lesestoff gefasst, denn "einfach" heißt nicht unbedingt "kurz".
Unter Diffusion versteht man die gleichmäßige Ausbreitung von Gasen oder Flüssigkeiten in anderen Gasen oder Flüssigkeiten (also im Raum), die durch die zufällige Eigenbewegung der Teilchen zustande kommt.
Teilchen einer Substanz bewegen sich. In der Gasphase bewegen sich die Teilchen schneller, in einer Flüssigkeit langsamer. Wenn du nun zum Beispiel ein Gas in einem Gasraum hast, zum Beispiel Geruchsmoleküle, die von einem Kothaufen in einem Zimmer ausgehen, dann bewegen sich diese Geruchsmoleküle und verteilen sich dabei zufällig im ganzen Raum. Am Anfang hattest du ganz viele Geruchsmoleküle rund um den Kothaufen. Am Ende riecht es überall im Raum. Das kommt durch die Diffusion (sofern sich im Raum nichts und niemand bewegt und auch keine Heizung an ist, weil du sonst noch Luftverwirbelungen und Wärmekonvektionsströme berücksichtigen müsstest).
So lange von dem Kothaufen immer weiter Geruchsmoleküle ausgehen, wird es in seiner Nähe auch immer am stärksten nach Kot riechen, weil direkt in seiner Nähe am meisten von diesen Geruchsmolekülen zu finden sind. Das heißt, dass die Konzentration der Geruchsmoleküle direkt beim Kothaufen größer ist, als im Rest des Raumes. Das bezeichnet man als Konzentrationsgefälle. Wenn irgendwann keine Geruchsmoleküle aus dem Kothaufen mehr austreten, werden sich mit der Zeit aufgrund der Diffusion alle Geruchsmoleküle so im Raum verteilen, dass die Konzentration überall gleich groß ist. Das ist ein dynamischer Prozess. Das heißt, dass die Teilchen aufgrund ihrer Eigenbewegung stets ihre Plätze im Raum verändern, aber irgendwann wechselt ein Teilchen auf einen Platz neben seinem ursprünglichen Platz, wobei ein Teilchen, das vorher dort war, ebenfalls woanders hingewandert ist und ein drittes Teilchen auf den Platz wechselte, wo unser zuerst erwähntes Teilchen ursprünglich war. Dazu sagen wir, dass sich die Teilchen aufgrund ihrer Eigenbeweung gleichmäßig im Raum verteilen. Von außen betrachtet könnte man auch sagen, dass das System "Zimmer" danach strebt, dass sich alle Gasteilchen gleichmäßig im verfügbaren Raum verteilen. Das ist natürlich eine etwas unpräzise Sichtweise, weil der Gasraum im Zimmer gar nichts anstrebt. Auch die Formulierung "Das System strebt einen Konzentrationsausgleich an." oder "...möchte sich das Gleichgewicht wieder einstellen." geht in die gleiche unpräzise Richtung. In Wahrheit bewegen sich die Teilchen einfach und irgendwann sind sie bei ihrer statistisch zufälligen Wanderung so verteilt, dass unter dem Strich kein Positionswechsel mehr festgestellt werden kann (weil immer dann, wenn sich ein Teilchen wegbewegt, es durch ein anderes derselben Art ersetzt wird). So viel zur Diffusion.
Kommen wir nun zum Begriff Osmose:
Von Osmose spricht man, wenn eine Diffusion durch eine semipermeable Membran erfolgt.
Eine semipermeable Membran kannst du dir als "Wand" vorstellen, in der es kleine Löcher gibt, durch die bestimmte Teilchen durchkönnen, andere nicht. Semipermeabel heißt nämlich so viel wie "halbdurchlässig".
Da eine (Bio-)Membran semipermeabel ist, können also nicht alle Teilchen durch die Membran gelangen. Aber Lösungsmittelteilchen können die Membran passieren. So können beispielsweise Wassermoleküle problemlos von der Außenseite einer Zelle ins Zellinnere gelangen (und umgekehrt), während Ionen das in der Regel nicht tun können.
Wenn du nun also eine Zelle und ihr Außenmilieu betrachtest, kannst du oft feststellen, dass innen und außen nicht gleich viele Teilchen vorhanden sind. Außen könnten zum Beispiel sehr viele Natriumionen sein, innen wenige. Da die Natriumteilchen nicht durch die Membran können, kann sich das Konzentrationsgefälle auch nicht verändern ("ausgleichen"). Was sich jedoch verändern kann, ist die Konzentration des Wassers. Dazu musst du wissen, dass in wässrigen Systemen Ionen von einer Wasserhülle umgeben sind. Das bedeutet, dass Wassermoleküle Ionen umlagern. Diese Wassermoleküle stehen also einer zufälligen Wanderbewegung nicht mehr zur Verfügung, denn sie sind als Hydrathülle locker an das Ion gebunden. Das wiederum führt dazu, dass statistisch mehr Wassermoleküle aus der Zelle nach draußen wandern als umgekehrt Wassermoleküle von draußen in die Zelle kommen, wenn es außen mehr Ionen gibt als innen. Darum stellen wir fest, dass Wasser aus der Zelle ausströmt. Ungenau sagen wir dann etwas wie: "Weil die Ionen nicht in die Zelle kommen können, da sie von der Membran daran gehindert werden, versucht das System, das Konzentrationsgefälle dadurch auszugleichen, dass es Wasser aus der Zelle nach draußen schickt, um die Ionenkonzentration zu verdünnen und somit quasi künstlich für einen Konzentrationsausgleich zu sorgen.".
Du weißt mittlerweile, dass das System nichts ausgleichen will, sondern dass einfach mehr frei bewegliche Wassermoleküle aus der Zelle wandern, als zurück in die Zelle fließen. Dies geschieht so lange, bis zwischen der Ein- und Auswanderbewegung wieder ein Gleichgewicht herrscht. Dabei ist dann allerdings unter dem Strich viel mehr Wasser nach draußen gewandert als vorher vorhanden war, so dass der Eindruck, Wasser sei aus der Zelle geflossen, richtig ist.
Bei diesen Wanderbewegungen spielt übrigens die Teilchenart im Grunde keine, bzw. nur eine sehr untergeordnete Rolle. Es kommt nur darauf an, auf welcher Seite der Membran es mehr Teilchen gibt, die nicht durch die Membran kommen können.
Wenn es außen mehr Teilchen gibt, dann strömt Wasser aus der Zelle. Da die Zellen Wasser aber für ihre Stoffwechselreaktionen brauchen, signalisieren sie den Wassermangel dem Gehirn, das daraufhin die Warnung "Durst" signalisiert. Dann trinken wir, damit das Außenmilieu der Zellen mit Wasser angereichert wird, die Verdünnung der Teilchen außen schneller erreicht wird, die massenhaft vorhanden Ionen weggespült werden und die dann im Zellinneren immer noch vorhandenen Teilchen dafür sorgen, dass Wasser wieder in die Zellen strömen kann.
Jetzt wirst du leicht verstehen können, warum es ungesund ist, nur destilliertes Wasser zu trinken (dann gibt's außen kaum Teilchen; die Osmose sorgt dafür, dass Wasser in die Zellen eindringt bis sie platzen). Und genauso leicht ist nun zu verstehen, warum man verdurstet, wenn man nur Meerwasser trinkt (Salzwasser erhöht die Teilchenanzahl im Außenmilieu, so dass Wasser aus den Zellen fließt, so dass die Zellen einschrumpeln, obwohl auch Wasser getrunken wurde).
Nun stellt sich die Frage, wo Diffusion und Osmose im menschlichen Körper eine Rolle spielen?! Dazu sei einerseits auf die Arbeitsweise von Nervenzellen hingewiesen: Hier öffnen sich bei einer Reizung spannungsabhängige Natriumkanäle in der Membran, was dazu führt, dass massenhaft Natriumionen in die Zelle einströmen, da außen unglaublich viel mehr Natriumionen sind (Konzentrationsgefälle von außen nach innen). Kurz danach öffnen sich spannungsabhängige Kaliumkanäle, wodurch es zum Massenausstrom von Kaliumionen kommt, weil davon in der Zelle viel mehr vorhanden sind als außerhalb. Die Vorgänge sind komplexer, aber für deine Belange reicht das an dieser Stelle.
Weiterhin finden osmotische Vorgänge in Bezug auf die Wasserversorgung statt, was oben bereits beschrieben wurde.
Zum Schluss dieser Mammutantwort sei auch noch das von dir selbst gebrachte Beispiel der Atmung bestätigt. Auch hier kommt es zu osmotischen Diffusionsvorgängen: In den Lungenbläschen ist nach dem Einatmen viel Sauerstoff und wenig Kohlenstoffdioxid. Im Blut befindet sich dagegen in den Lungenarterien wenig Sauerstoff und viel Kohlenstoffdioxid an den roten Blitkörperchen. Darum wandert der Sauerstoff aus den Bläschen durch deren dünne Membran ins Blut und wird vom Hämoglobin aufgenommen, während das höher konzentrierte Kohlenstoffdioxid viel öfter aus dem Blut durch die Membran in die Lungenbläschen kommt. Die Ausatemluft enthält dadurch weniger Sauerstoff und mehr Kohlenstoffdioxid als die Einatemluft zuvor.
Kommen wir zu den Transportmöglichkeiten durch eine Biomembran:
Die Zellmembran ist semipermeabel. Das heißt, dass sie bestimmte Teilchen wie kleine Wassermoleküle oder fettlösliche Moleküle durch eine einfache Diffusion passieren lässt, während sie für andere – vor allem für Ionen oder große Moleküle – zunächst eine unüberwindliche Barriere darstellt.
Es gibt allerdings Membranproteine, die relativ spezifisch Ionen oder hydrophilen organischen Molekülen ein Passieren durch die Membran ermöglichen. Diese Transportform bezeichnet man als erleichterte Diffusion. Sie kann über Trägerproteine (Carrier) oder Porenproteine (Kanalproteine)
erfolgen. Erstere nehmen das zu transportierende Molekül auf, machen dann eine Konformationsveränderung durch und geben dabei das Molekül auf der anderen Membranseite wieder ab, wodurch sie in ihre ursprüngliche Konformation zurückkehren.
Ionen gelangen dagegen meist durch Kanalproteine von einer auf die andere
Seite. Dabei können die Kanalproteine ständig geöffnet sein oder sie öffnen
sich erst auf ein spezifisches Signal hin (zum Beispiel Veränderung der
Spannung, Andocken von Neurotransmittern oder Hormonen). Da in den bisher betrachteten Fällen der Stofftransport entlang eines Konzentrationsgefälles erfolgt, wird weder für die einfache noch für die erleichterte Diffusion Energie in Form von ATP gebraucht. Darum bezeichnet man diese Formen als passiven Transport.
Es kommt aber oft genug vor, dass Teilchen gegen ein Konzentrationsgefälle transportiert werden müssen. Das erfordert den Einsatz von Energie (ATP), weshalb man von einem aktiven Transport spricht. Der aktive Transport erfolgt entweder ebenfalls über Carrier oder über Pumpenproteine. Man unterscheidet weiter den primär aktiven von einem sekundär aktiven Transport.
Im ersten Fall wird ATP direkt als Energiequelle genutzt, um Teilchen gegen das Gefälle zu transportieren. Das kann sowohl über Carrier als auch über Pumpen erfolgen. So ist zum Beispiel die Natrium-Kalium-Pumpe ein solches System, das unter ATP-Verbrauch nacheinander drei Natrium-Ionen aus der Zelle heraus und zwei Kalium-Ionen in die Zelle hinein befördert, selbst wenn im Außenmedium bereits mehr Natrium-Ionen und im Innenmilieu mehr Kalium-Ionen vorhanden sind. Weil der Transport der Ionen fast gleichzeitig, aber in entgegengesetzter Richtung erfolgt, spricht man auch von einem Antiport. Das so entstehende Konzentrationsgefälle kann nun seinerseits als Antrieb für einen Transport gegen ein anderes Konzentrationsgefälle genutzt werden. So gibt es beispielsweise Carrier-Proteine, die Natrium-Ionen wieder in eine Zelle lassen, aber nur, wenn gleichzeitig ein weiteres Transportmolekül (zum Beispiel Glucose oder Aminosäuren) mit eingeschleust wird. Weil hier ein gleichzeitiger Transport in die gleiche Richtung erfolgt, bezeichnet man diese Form auch als Symport. Der Symport kann das mit eingeschleuste Molekül auch gegen dessen Konzentrationsgefälle transportieren, weil das Natrium-Ionengefälle als Antrieb dient. Da andererseits das Natrium-Ionengefälle nur auf die ATP verbrauchende Aktivität der Natrium-Kalium-Pumpe zurückzuführen ist, spricht man von einem sekundär aktiven Transport.
Häufig schaffen Energie verbrauchende Protonenpumpen die Voraussetzung für sekundär aktive Transportprozesse durch die Membran. Die Protonenpumpen sorgen unter Verbrauch von ATP für die Anreicherung von positiver Ladung auf der Außenseite der Membran und bauen so ein Ladungsgefälle auf. Das Ladungsgefälle wird dann als Antrieb genutzt, um andere Ionen (zum Beispiel Kalium-Ionen) durch Kanalproteine in die Zelle zu überführen, selbst wenn im Inneren im Vergleich mit dem Außenmilieu ein Überschuss an Kalium-Ionen herrschen sollte.
Größere Partikel oder Flüssigkeitsmengen können auch über Ein- bzw. Ausstülpungen von Membranen in die Zelle aufgenommen oder aus der Zelle hinausbefördert werden. Dabei spricht man von einer Endocytose, wenn etwas in die Zelle aufgenommen wird, und von einer Exocytose, wenn etwas Größeres aus der Zellen hinausbefördert wird. Mit Phagocytose meint man, dass feste Bestandteile (zum Beispiel ein Nahrungspartikel) aufgenommen wird, während die Aufnahme von Flüssigkeiten Pinocytose genannt wird.
Zusammenfassung:
1) Der passive Transport
• Kleine oder fettlösliche Moleküle können durch einfache Diffusion die Biomembran passieren (zum Beispiel Wasser);
• geladene Ionen oder größere Moleküle können die Biomembran durch eine erleichterte Diffusion passieren, wenn Kanalproteine oder Trägerproteine (sogenannte Carrier) in der Membran vorhanden sind (zum Beispiel Kaliumionen wandern durch ständig geöffnete Kaliumionen-Kanäle).
Man bezeichnet diese Art von Transport als "passiv", weil dabei keine Energie in Form von ATP verbraucht wird, sondern der Transport entlang eines Konzentrations- und / oder eines Ladungsgefälles erfolgt.
2) Der aktive Transport
a) Primär aktiver Transport
• Es gibt auch Trägerproteine (Carrier), die unter ATP-Verbrauch Teilchen von einer Seite einer Biomembran auf die andere befördern.
• Es gibt Pumpenproteine, die unter ATP-Verbrauch Teilchen von einer Membranseite auf die andere befördern.
b) Sekundär aktiver Transport
• Scheinbar passive Transporte durch eine Biomembran entlang eines Konzentrations- oder Ladungsgefälles, die aber nur möglich sind, weil zuvor ein ATP-verbrauchender (und damit aktiver) Transport für das Gefälle gesorgt hat.
Werden verschiedene Teilchen (beinahe) gleichzeitig transportiert, spricht man von einem Antiport, wenn die eine Teilchensorte aus einer Zelle hinaus, die andere hinein befördert wird.
Ein Symport ist die Beförderung von Teilchen auf die gleiche Seite der Biomembran.
Weiter im Kommentar (aber keine Angst, jetzt kommt nicht mehr viel...
LG von der Waterkant.
ich kann nicht glauben das ich deinen Kommentar jetzt erst bemerkt habe leider ist die Klausur schon längst um aber wirklich vielen vielen dank für die Mühen die du auf dich genommen hast!