Nervenzellen benötigen zum Erhalt ihrer Lebenvorgänge sehr viel Energie. Diesen Aufwand müssen sie betreiben, um die für diese Zellen typische Ionenverteilung an der Zellmembran zu erhalten. Die Ionenverteilung ist Voraussetzung für die Weiterleitung von Nervenimpulsen.
Auch die Aufnahme von Stoffen durch die Zelle kann sehr energieaufwendig sein, wenn diese nur in geringen Mengen in der Zellumgebung vorhanden sind.
Bei beiden Beispielen erfolgt ein Stofftransport gegen ein Konzentrationsgefälle.

Worum gehts?

An Biomembranen müssen Stoffe häufig entgegen dem Konzentrationsgefälle durch die Membran transportiert werden. Wie das funktioniert, wird am Beispiel der Kalium – Natrium – Pumpe und dem Transport von Zucker erläutert.

Primärer aktiver Transport – Die Natrium – Kalium – Pumpe

• An tierischen Zellmembranen sind Kalium- und Natrium – Ionen ungleichmäßig verteilt.
• Besonders an Nervenzellemembranen lässt sich ein solches Membranpotential nachweisen.
• Diese Ungleichverteilung der Ionen erzeugt die Natrium – Kalium Pumpe. Ohne ihre „Pumparbeit“, käme es zum Konzentrationsausgleich, da die Membranen im geringen Maß für diese Ionen durchlässig sind.
• Für diese Arbeit benötigen die Ionenpumpen Energie, die ihnen in Form von ATP zur Verfügung steht.
• Nervenzellen benötigen besonders viel Energie, weil sie über eine besonders großes Membranpotential (hoher Konzentrationsunterschied ) verfügen.
• Bei der Natrium-Kalium-Pumpe handelt es sich um ein spezielles Protein, das in zwei räumlichen Zuständen auftritt.
• Im nicht-phosphoryliertem Zustand können 3 Natrium-Ionen gebunden werden.
• Durch die Anlagerung eines Phosphatrestes bei gleichzeitiger Abspaltung des ADP-Moleküls verändert das Protein seine räumliche Struktur, die einen Transport der Natrium-Ionen durch die Membran sowie die Abspaltung bewirkt.
• Gleichzeitig können Kalium-Ionen angelagert werden.
• Mit der Abspaltung des Phosphatrestes geht das Protein in seinen Ausgangszustand über, dadruch werden die Kalium-Ionen abgespalten und durch die Membran transportiert.

Sekundärer aktiver Transport – Milchzuckeraufnahme über einen „Cotransporter“

• Im Gegensatz zum primären aktiven Transport, der die Energie direkt für Stofftransport verwendet, wird hier indirekt mit Hilfe einer Protonenpumpe ein Wasserstoffgradient (Konzentrationsgefälle) erzeugt.
• Dies geschieht unter Energieverbrauch (ATP wird zu ADP).
• Über das „Cotransporter-Protein“ diffundieren die Protonen entsprechend ihrem Konzentraionsgefälle zurück in die Zelle.
• Dabei werden die Milchzuckermoleküle mitgenommen.

Punktlandung

• Der aktive Transport erfolgt entgegen einem Konzentrationsgefälle unter Energieverbrauch.
• Die Energie liefert ATP aus der Zellatmung.
• Energieverbauch und Transportvorgang sind direkt an ein Molekül gekoppelt oder Energieverbrauch und Transport laufen getrennt voneinander ab.

Auf dem Lernpfad

Biomembranen geschafft und wieder ein bischen schlauer.