Biomembran: Transportvorgänge, Diffusion und Osmose

Anmerkung: Dies ist Seite 2 zur Biomembran. Die erste Seite findet ihr unter Biomembran: Übersicht und Lipide. In diesem Artikel nun stellen wir uns die Frage, wie Stoffe die Membran durchdringen können. Dazu sehen wir uns sowohl passive, als auch aktive Transportvorgänge genauer an.

Passive Transportvorgänge

Diffusion und Osmose sind passive Transportprozesse. Denn die Zelle muss keine Energie aufwenden, um den Transport der Stoffe zu ermöglichen. Die beiden folgenden Abschnitte behandeln die Diffusion und die Osmose.

Diffusion
Unter der Diffusion versteht man den Transport von Molekülen durch die Zellmembran hindurch. Dieser Vorgang findet solange statt, bis ein 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. Die Diffusion beschleunigt sich bei Erhöhung der Temperatur.

Osmose
Unter der Osmose versteht man einen einseitig gerichteten Diffusionsvorgang durch eine semipermeable Membran. Folgender Versuch verdeutlicht dies: Eine 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. Zuckermoleküle können dem Bestreben den Konzentrationsunterschied auszugleichen hingegen nicht nachkommen.

Aktive Transportvorgänge

Die beiden passiven Transportvorgänge Diffusion und Osmose habt ihr soeben kennengelernt. Ihr wisst, dass diese ganz ohne Energiezufuhr passieren und eigenständig in Bewegung treten. Das liegt daran, dass ein Konzentrationsgefälle entsteht, durch welches die Teilchen ausgetauscht werden. Der Transport gegen ein 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. In diesem Zusammenhang unterscheidet man 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). Protonen und anorganische Ionen werden durch Transport-ATPasen durch die Cytoplasmamembran hindurch aus der Zelle gepumpt. 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
Als Endozytose bezeichnet man die Aufnahme von zellfremdem Material - zum Beispiel Nahrungspartikel - in die Zelle durch Einstülpen und Abschnüren von Teilen der Zellmembran unter Entstehung von Vesikeln. Die Vesikel (kleine Bläschen) wandern dann ins Zellinnere.

Exozytose
Anders als bei der Endozytose werden bei der Exozytose die Stoffe aus der Zelle heraus transportiert. Grundsätzlich verschmilzt bei der Exozytose immer ein Transportvesikel mit der Zellmembran.

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