Transport über die Zellmembran

Transport über die Zellmembran Übung

• Definiere den Begriff „semipermeabel“.

  Tipps

  Aus dem Lateinischen übersetzt bedeutet „semi“ „halb“ und „permeare“ „durchlassen“.

  Lösung

  Eine Membran ist semipermeabel, wenn sie für bestimmte Stoffe nur in die eine Richtung durchlässig ist, für die andere Richtung jedoch nicht.

  Eine semipermeable Membran ist die Voraussetzung für die Osmose, denn so können kleine Teilchen wie Wassermoleküle durch die Membran diffundieren und die Konzentration von größeren im Wasser gelösten Teilchen auf beiden Seiten der semipermeablen Membran ausgleichen.

  Wenn eine stark konzentrierte Zuckerlösung von einer niedrig konzentrierten Zuckerlösung durch eine semipermeable Membran getrennt wird, diffundieren Wassermoleküle von der niedrigeren zur höheren Konzentration durch die Membran, um die Konzentration der Zuckerlösungen auf beiden Seiten auszugleichen.
  Die Zuckermoleküle selbst können die Membran nicht passieren, da sie zu groß sind. Der Ausgleich der Konzentration findet dann durch die Diffusion des Wassers statt.

  Bei der eukaryotischen Zellmembran hängt die Semipermeabilität vor allem von der Größe der Moleküle ab: Kleine Teilchen wie Wassermoleküle können die Zellmembran passieren, größere Teilchen wie Glukosemoleküle benötigen geeignete Transporter.

• Definiere die Begriffe Diffusion und Osmose und nenne Beispiele.

  Tipps

  Gepökeltes Fleisch ist Fleisch, das mit bestimmten Salzen behandelt wurde. Hierbei entzieht Salz dem Fleisch Wasser.

  Lösung

  Die Diffusion beschreibt einen Konzentrationsausgleich zweier Stoffe aufgrund der Brownschen Molekularbewegung. Beispiele hierfür sind die Verteilung von Zucker oder Tinte in Wasser: Nach einer gewissen Zeit haben sich beide Stoffe gleichmäßig vermischt. Dasselbe gilt auch für Gase, etwa die Ausbreitung von Gerüchen in der Raumluft.

  Die Osmose ist der Konzentrationsausgleich durch eine semipermeable Membran aufgrund der Brownschen Molekularbewegung. Beispiele sind der Wasseraustritt aus gepökeltem Fleisch, die schrumpelige Haut nach dem Baden oder die Wasseraufnahme der roten Blutkörperchen. Die Osmose beschreibt also die Diffusion durch eine semipermeable Membran!

• Beschreibe den Konzentrationsausgleich zweier unterschiedlicher, durch eine semipermeable Membran getrennter Lösungen.

  Tipps

  Welche Moleküle können die semipermeable Membran passieren?

  Eine Zuckerlösung mit 2 Zuckermolekülen in 2 ml Wasser hat die gleiche Konzentration, wie 5 Zuckermoleküle in 5 ml Wasser.

  Lösung

  Nach einer gewissen Zeit ist der Wasserspiegel auf der Seite B höher als auf der Seite A, da Wassermoleküle durch die semipermeable Membran diffundieren und den Konzentrationsunterschied ausgleichen.

  Die Anzahl der Zuckermoleküle auf beiden Seiten verändert sich nicht, da sie nicht durch die semipermeable Membran diffundieren können.

  Die Brownsche Molekularbewegung beschreibt, dass sich Teilchen wie die Zucker- und Wassermoleküle zufällig und ungerichtet bewegen. Dabei prallen die Teilchen auch mal aneinander. Da Zucker in Wasser gelöst vorliegt und Zuckermoleküle nicht wesentlich schwerer sind als Wassermoleküle (wie zum Beispiel Sandkörner), setzen sie sich weder am Boden ab, noch sammeln sie sich an der Wasseroberfläche.

• Vergleiche den aktiven und passiven Transport miteinander.

  Tipps

  Die Kalium-Natrium-Pumpe benötigt ATP.

  Lösung

  Ein aktiver Transport findet entgegen einem (Konzentrationsgefälle)** statt.

  Ein passiver Transport läuft entlang eines Konzentrationsgefälles.

  Bei einem passiven Transport wird keine Energie benötigt. Ein aktiver Transport kann nur unter Energieverbrauch stattfinden.

  Diffusion und Osmose sind Beispiele für passive Transportformen.

  Bei einem aktiven Transport wird die Energie von der Zelle meist in Form von Adenosintriphosphat (ATP) bereitgestellt.

  Die Natrium-Kalium-Pumpe ist ein bekanntes Beispiel für den aktiven Transport. Sie transportiert Kalium in die Zelle und Natrium aus der Zelle hinaus. Die Natrium-Kalium-Pumpe arbeitet entgegen eines Konzentrationsgradienten.

  Bei einem aktiven Transport sind immer Transportmoleküle in der Zellmembran beteiligt.

• Beschreibe den Aufbau und die Funktion der Zellmembran.

  Tipps

  Bei einem Transport „entlang eines Konzentrationsgefälles“ werden Moleküle von einer höheren zu einer niedrigeren Konzentration transportiert.

  Lösung

  Alle Zellen sind von einer schützenden Zellmembran umgeben. Sie ist semipermeabel und kann daher den Ein- und Austritt von Molekülen kontrollieren.

  Große Moleküle wie Glucose können nur mit Hilfe von Transportproteinen durch die Zellmembran gelangen.
  Bei einem Transport entgegen einem (Konzentrationsgefälle) handelt es sich um einen aktiven Transport, bei dem Energie zugeführt werden muss.
  Wenn Moleküle entlang eines Konzentrationsgefälles über die Membran transportiert werden, spricht man von einem passiven Transport.

  Nur sehr kleine Moleküle wie Sauerstoff können die Zellmembran direkt anhand von Diffusion passieren.

• Erkläre die Aufnahme von Nährstoffen und Wasser über ein Wurzelhaar einer Pflanze.

  Tipps

  Pflanzen können durch Überdüngung vertrocknen.

  Lösung

  Die Nährstoffe (Ionen) können durch Pflanzen aufgenommen werden, da sie im Wasser gelöst vorkommen.

  Einige Ionen werden von der Wurzel durch einen aktiven Transport aufgenommen. Meist befinden sich schon viele Ionen in der Wurzelhaarzelle, die gerade aus dem Boden aufgenommen wurden. Da die Pflanze jedoch mehr von diesen Ionen benötigt, muss sie die Ionen entgegen dem (Konzentrationsgefälle) transportieren und Energie aufwenden.

  Die Wasseraufnahme ist dagegen recht einfach: Da sich viele Ionen in der Wurzelhaarzelle befinden, strömt Wasser passiv ein. Es findet eine Osmose statt. Wenn die Pflanze viel Wasser benötigt, werden Ionen und Kohlenhydrate sogar extra in die Wurzel transportiert, sodass mehr Wasser osmotisch aus dem Boden in die Wurzelhaarzellen einströmt.

  Wenn man eine Pflanze überdüngt, ihr also zu viele Ionen und zugleich zu wenig Wasser gibt, strömt Wasser aus der Pflanze, um den Konzentrationsunterschied auszugleichen. Sie vertrocknet.