Active Transport: Sodium-potassium Atpase – Biological Membranes

00:02 Der aktive Transport ist, im Gegensatz zur erleichterten Diffusion, ein Prozess, der die Zufuhr von Energie benötigt. Die Zufuhr von Energie ist wichtig, weil die aktiven Transportsysteme Moleküle aus einem Bereich niedriger Konzentration in einen Bereich mit höherer Konzentration befördern. Nun habe ich in einer der früheren Vorlesungen gezeigt, dass die Natrium-Kalium-ATPase die Ionen gegen ihren Konzentrationsgradienten auf beiden Seiten der Zelle bewegt. Ich komme dazu also schnell, aber es genügt zu sagen, dass die Natrium-Kalium-ATPase in die Lipiddoppelschicht eingebettet ist, wie Sie es in den früheren Dias gesehen haben. Hier verbraucht sie Energie, insbesondere die Energie von ATP, um Ionen entgegen der Richtung zu bewegen, in die sie sich natürlicherweise bewegen würden.

00:44 Wir sehen also zum Beispiel das Einladen des Natriums und wir sehen die ATP-Spaltung, die es der Kammer ermöglicht, sich zu öffnen und das Natrium außerhalb der der Zelle abzugeben. Wir sehen die Bindung des Kaliums in der Kammer. Wir sehen die Freisetzung des Phosphats am Boden der Kammer und die Freisetzung des Phosphats, die von der Freisetzung der Kaliumionen begleitet wird. In beiden Fällen bewegen sich die Ionen gegen einen Konzentrationsgradienten.

01:13 Die Bedeutung der Natrium/Kalium- ATPase ist in mehrfacher Hinsicht wichtig, okay. Erstens erzeugt sie ein Ruhepotential. Was ist ein Ruhepotential? Wir können es uns als eine Spannung vorstellen. Die Spannung existiert, denn wenn wir darüber nachdenken, was auf der vorherigen Folie passiert ist, haben wir also drei Natrium, die rausgingen und zwei Kalium, die reinkamen. Das bedeutet, dass jedes Mal, wenn die Pumpe läuft, wir eine weitere zusätzliche positive Ladung nach außen tragen, also drei raus, zwei rein. Das erhöht die Spannung über der Membran und die Spannungsänderung an der Membran kann von Bedeutung sein, weil die potentielle Energie letztendlich geerntet werden kann, um andere Formen von Energie zu erzeugen.

01:54 Eine weitere sehr wichtige Eigenschaft der Natrium-Kalium-ATPase ist, dass sie dazu dient die Signalübertragung an Nerven anzukurbeln. Die Nerven funktionieren auf bemerkenswerte Weise. Wenn ein Nerv stimuliert wird, wird er einen Kanal öffnen, durch den Natrium über seine Membran gelangen kann. Wenn es nun einen Gradienten gibt und den gibt es wegen der Natrium-Kalium-ATPase, dann wird das Natrium in die Nervenzelle strömen. Wenn Natrium in die Nervenzelle strömt, ändert sich die Spannung der Nervenzelle und da die Spannung ein sehr wichtiger Faktor für die Übertragung von Informationen entlang eines Nervs ist, haben wir diesen Prozess eingeleitet. Der Prozess, den ich Ihnen gerade beschrieben habe, findet mehrfach entlang der Nervenzelle statt, bis das das Signal schließlich im Gehirn ankommt.

02:53 Weil es bereits einen bestehenden Gradienten gibt, der aufgrund der Natrium-Kalium-ATPase existiert, ist die Nervenzelle sofort bereit zu feuern.

03:02 Der Natriumgradient wird nun auch als Energiequelle genutzt, um andere Ionen zu pumpen. Ich sagte, dass ein Gradient oder ein Ladungsgradient wie z.B. der Spannungsgradient oder das Ruhepotential potentielle Energie sind.

03:15 Diese potentielle Energie wird in diesem Fall genutzt, um andere Ionen zu bewegen und ich werde ein Beispiel in nur einer Minute zeigen.

03:24 Die letzte Sache über die Natrium/Kalium- ATPase, die sehr wichtig ist, ist die Notwendigkeit der Hilfe der Natrium-Kalium-ATPase in der Aufrechterhaltung des osmotischen Gleichgewichts der Zelle.

03:33 Was bedeutet das nun? Nun, ein osmotisches Gleichgewicht tritt auf, wenn es eine gleichmäßige Verteilung der Dinge durch die Membran gibt. Die meisten Studierenden haben in Biologielaboren gearbeitet, zum Beispiel mit Membranen, die die Diffusion von Molekülen durch sie hindurch erlauben. Wenn Sie eine Membran nehmen, die dies erlaubt und man gibt eine Substanz hinein, die zum Beispiel die Barriere nicht überwinden kann, dann ist die Frage, was passiert, wenn man diese Membran in eine Lösung legt. Nun, das Material, das sich nicht durch die Membran bewegen kann, ist in der Kammer höher konzentriert als auf der Außenseite.

04:08 Was also passiert, ist, dass Wasser eindringt, um die Konzentration der Substanz, die sich in der Kammer befindet, auszugleichen auch wenn das Material innerhalb der Kammer nicht herauskommen kann.

04:19 Es kommt also immer mehr Wasser rein, die Membran schwillt immer weiter an und wenn der Druck groß genug ist, wird die Membran platzen. Das ist alles über den osmotischen Druck.

04:31 Nun haben die Zellen das gleiche Problem. Wenn Sie sich erinnern, dass eine Lipiddoppelschicht durchlässig für Wasser ist und es Dinge innerhalb einer Zelle gibt, die nicht nach draußen gelangen können, aber Wasser eindringen kann, bedeutet das, dass die Zellen unter einem ständigen osmotischen Druck stehen.

04:53 Aber warum platzen die Zellen nicht? Der Grund, warum sie nicht platzen, ist, dass Zellen ein paar Tricks anwenden, einschließlich der Natrium-Kalium-ATPase, die dabei hilft, diesen osmotischen Druck auszugleichen. Wenn wir also über die Natrium-Kalium-ATPase als Kosten oder den Preis des Lebens reden, ist der eigentliche Preis, das Bersten zu vermeiden, das auftreten würde, wenn sich das Wasser frei in die Zelle bewegen würde.