KursePhysiologieEinführungDie Zelle und ihre FunktionenTransport durch die Zellmembran

Transport durch die Zellmembran

Lernziele

Nach dieser Lerneinheit:

Kannst du die Konzepte von Diffusion, Osmose und Tonizität erklären.
Kannst du den Unterschied zwischen passivem und aktivem Membrantransport erläutern.
Kannst du die verschiedenen Transportmechanismen durch die Zellmembran vergleichen.

Überblick

Die Zellmembran reguliert, welche Stoffe in die Zelle gelangen und welche sie wieder verlassen. Für die Zellfunktion notwendige Stoffe und Ionen werden in das Zytosol aufgenommen. Gleichzeitig scheidet die Zelle Abfallprodukte aus und setzt Moleküle frei, um mit anderen Zellen zu kommunizieren.

Der Transport über die Zellmembran kann passiv oder aktiv erfolgen, je nachdem, ob Energie aufgewendet werden muss. Stoffe können auf unterschiedliche Weise über die Zellmembran transportiert werden: direkt durch die Phospholipid-Doppelschicht, über Membranproteine oder mithilfe von Vesikeln.

Auf dieser Grundlage lässt sich der Membrantransport in drei Hauptgruppen einteilen:

Passiver Transport umfasst die einfache Diffusion (durch die Phospholipid-Doppelschicht) und die erleichterte Diffusion (durch Kanal- oder Carrier-Proteine). Diffusion ist die Bewegung von Stoffen entlang ihres Konzentrations- oder elektrochemischen Gradienten, von Bereichen hoher Konzentration zu Bereichen niedriger Konzentration. Die Diffusion von Wasser durch eine semipermeable Membran wird als Osmose bezeichnet. Die Tonizität beschreibt also die Osmolalität einer Flüssigkeit im Vergleich zur Osmolalität des Blutplasmas. Ist die Osmolalität geringer als die des Plasmas, so handelt es sich um eine hypotone Lösung, ist sie höher, um eine hypertone Lösung.
Aktiver Transport wird durch Membranproteine vermittelt und in primären und sekundären aktiven Transport unterteilt. Der primäre aktive Transport, zum Beispiel über die Natrium-Kalium-Pumpe, nutzt ATP direkt, um Stoffe gegen ihren elektrochemischen Gradienten zu bewegen. Der sekundäre aktive Transport nutzt ATP indirekt, um zwei oder mehr Stoffe über Symporter oder Antiporter gekoppelt zu transportieren.
Vesikulärer Transport umfasst Endozytose (Transport in die Zelle) und Exozytose (Transport aus der Zelle). Dabei werden Stoffe mithilfe von Vesikeln transportiert, die von Membranen umgeben sind. Endozytische Prozesse beinhalten die Phagozytose (große Partikel), Pinozytose (extrazelluläre Flüssigkeit) und die rezeptorvermittelte Endozytose (spezifische Substanzen, die an Membranrezeptoren binden). Exozytose dient unter anderem der Ausscheidung von Abfallprodukten sowie der Freisetzung von Hormonen und Neurotransmittern.

Begriffe vertiefen

Arten des Transports durch die Zellmembran

Stoffe können auf unterschiedliche Weise durch die Zellmembran transportiert werden.

Passiver Transport

Beim passiven Transport bewegen sich Stoffe entlang ihres Konzentrations- oder elektrochemischen Gradienten, entweder direkt durch die Phospholipid-Doppelschicht (einfache Diffusion) oder über Membranproteine (erleichterte Diffusion).

Aktiver Transport

Der primäre aktive Transport nutzt ATP direkt, um Stoffe gegen ihren elektrochemischen Gradienten zu transportieren. Der sekundäre aktive Transport nutzt dagegen die durch primären aktiven Transport aufgebauten elektrochemischen Gradienten als Energiequelle.

Beim sekundären aktiven Transport nutzen Symporter und Antiporter die durch primären aktiven Transport aufgebauten elektrochemischen Gradienten, um andere Stoffe gegen ihren Gradienten zu transportieren.

Vesikulärer Transport

Beim vesikulären Transport werden Vesikel genutzt, um größere Stoffe in die Zelle aufzunehmen (Endozytose) oder aus der Zelle abzugeben (Exozytose).

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Zusammenfassung

Kurzfakten über den Transport durch die Zellmembran
Klassifikation	Transportmechanismen durch die Zellmembran werden nach zwei Kriterien eingeteilt: Energiebedarf: passiver oder aktiver Transport Transportstruktur: Phospholipid-Doppelschicht, Membranproteine oder Vesikel
Diffusion	Bewegung von Stoffen von Bereichen hoher Konzentration zu Bereichen niedriger Konzentration (entlang ihres Konzentrationsgradienten); Kann durch chemische Gradienten, elektrische Gradienten oder Osmose erfolgen
Osmose	Bewegung von Wasser durch eine semipermeable Membran von Bereichen niedriger Konzentration gelöster Teilchen zu Bereichen höherer Konzentration gelöster Teilchen.
Tonizität	Fähigkeit einer Lösung, das Zellvolumen durch Wasserbewegung zu verändern, abhängig von der relativen Konzentration nicht permeabler gelöster Teilchen. Isotonische Lösung: gleiche Konzentration; kein Netto-Wassertransport Hypotonische Lösung: niedrigere Konzentration; Wasser strömt in die Zelle, die Zelle schwillt an Hypertonische Lösung: höhere Konzentration; Wasser strömt aus der Zelle, die Zelle schrumpft
Passiver Transport	Erfolgt durch Diffusion und benötigt kein ATP. Einfache Diffusion: direkt durch die Phospholipid-Doppelschicht; z. B. Gase, kleine Moleküle und lipophile Moleküle Erleichterte Diffusion: über Kanalproteine, z. B. für Ionen, oder Carrier-Proteine, z. B. für kleine Moleküle Wassertransport: erfolgt durch einfache Diffusion oder erleichtert über Aquaporine
Aktiver Transport	Primär aktiver Transport: nutzt ATP direkt, um Stoffe gegen ihren Gradienten zu transportieren, z. B. Natrium-Kalium-Pumpe Sekundär aktiver Transport: nutzt indirekt die Energie eines Gradienten, der durch primär aktiven Transport aufgebaut wurde Symporter: transportieren mehrere Stoffe in die gleiche Richtung Antiporter: transportieren mehrere Stoffe in entgegengesetzte Richtungen
Vesikulärer Transport	Stoffe werden in Vesikeln transportiert; ATP wird benötigt. Endozytose: Aufnahme von Stoffen aus der extrazellulären Flüssigkeit Phagozytose: Endozytose großer Partikel Pinozytose: unspezifische Aufnahme gelöster Stoffe aus der extrazellulären Flüssigkeit Rezeptorvermittelte Endozytose: Aufnahme spezifischer Stoffe über Membranrezeptoren Exozytose: Freisetzung von Abfallprodukten, Hormonen und Neurotransmittern; Einbau von Membranbestandteilen in die Zellmembran Transzytose: Transport von Stoffen durch die Zelle hindurch

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