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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.
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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.
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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.
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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.
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Weil es bereits einen bestehenden Gradienten gibt,
der aufgrund der Natrium-Kalium-ATPase existiert,
ist die Nervenzelle sofort bereit zu feuern.
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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.
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Diese potentielle Energie wird in diesem
Fall genutzt, um andere Ionen zu bewegen und ich werde
ein Beispiel in nur einer Minute zeigen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.