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Eines der Dinge, die man bei einer Lipiddoppelschicht bedenken sollte, ist,
wie ich bereits erwähnt habe, dass eine Lipiddoppelschicht ziemlich undurchlässig ist.
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Wir können aber tatsächlich die Permeabilität von
Ionen durch eine semipermeable Membran messen und
das ist das, was wir hier sehen.
Membranen sind nicht absolut undurchlässig, aber
sie sind für viele Dinge ziemlich undurchlässig.
Wenn wir über Durchlässigkeit sprechen und darüber nachdenken,
müssen wir einige Überlegungen
über die Tendenzen von Molekülen anstellen. Moleküle
in Lösung werden dazu neigen, sich von einer hohen
Konzentration zu einer niedrigen Konzentration zu bewegen.
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Wenn ich eine Situation habe, wie ich sie hier dargestellt habe,
mit den Kammern auf der linken Seite, kann man
sehen, dass die Kammern auf der linken Seite
durch eine halbdurchlässige (semipermeable) Membran in zwei Hälften geteilt sind.
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In der linken Kammer des Gefäßes auf der linken Seite
sehen wir eine hohe Konzentration von Molekülen
und auf der rechten Seite sehen wir eine niedrigere
Konzentration. Die Moleküle können sich langsam
durch diese Membran bewegen und wenn wir den Dingen
genügend Zeit geben, wird es dazu kommen, dass
sich die beiden Konzentrationen angleichen, d.h.,
dass die hohe Konzentration sich zur niedrigen verschieben wird.
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Die Diffusionsgeschwindigkeit oder die Geschwindigkeit der Bewegung
eines Moleküls von links nach rechts zum Beispiel
hängt mit mehreren Dingen zusammen.
Zum einen hängt sie mit den Konzentrations-
unterschieden zwischen den beiden zusammen. Je größer der
Konzentrationsunterschied, desto wahrscheinlicher und
desto einfacher ist es für ein Molekül, sich von
links nach rechts zu bewegen. Der zweite Faktor ist die Ladung.
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Die Ladung ist etwas schwieriger vorstellbar, aber
man kann sich vorstellen, dass, wenn etwas einen
großen Ladungsunterschied hat, sich tatsächlich ein
elektrisches Potential über der Membran aufbaut
und dieses elektrische Potential
einen Prozess in Gang setzen kann. Das ist
genau das, was passiert, wenn man einen Ladungsunterschied
über der Membran hat. Der dritte
Faktor ist natürlich die Durchlässigkeit der
der Membran. Je durchlässiger eine Membran ist,
desto einfacher und
desto schneller kann dieser Prozess ablaufen. Je weniger
durchlässig die Membran ist, desto unwahrscheinlicher
und desto langsamer wird dieser Prozess ablaufen.
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Nun, solche Membranen, die schlecht durchlässig sind,
können, wie gesagt, eine Barriere bilden, werden aber
die Bewegung der Moleküle über sie hinweg nicht völlig aufhalten.
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Die erste Bewegung durch Membranen, über die ich sprechen möchte, wird durch dieses Beispiel veranschaulicht.
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Diese Bewegung durch die Membranen
findet in einem Prozess statt, den wir erleichterte
Diffusion nennen. Wie der Name schon sagt, ist die Diffusion
die Bewegung von Molekülen von einer hohen Konzentration
zu einer niedrigen Konzentration. Dies gechieht, um sich gegenseitig auszugleichen,
wie wir in der vorherigen Abbildung gesehen haben.
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Erleichtert bedeutet, dass etwas dabei hilft
diese Bewegung zu vollziehen. Nun, da die Lipid-
doppelschicht ziemlich undurchlässig ist, erlaubt es
den Moleküle kaum
auf eigene Faust durch die Membran zu gelangen. Wenn die Zelle das Bedürfnis hat, diese
Moleküle durch die Membran zu befördern, muss die Zelle
typischerweise ein Protein haben, das in die
Membran eingebettet ist und das dies ermöglicht.
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Nun gibt es zwei typische Arten von Proteinen,
die dies in diesem Prozess ermöglichen.
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Wenn ich nun betone, dass ich von Diffusion
-und ich sage erleichterte Diffusion- rede, dann meine ich damit
einen Prozess, der keine Energiezufuhr erfordert,
weil der Prozess natürlich ist
und die Moleküle sich normalerweise von
einer hohen Konzentration zu einer niedrigen Konzentration bewegen.
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Die Proteine, die ich beschreiben werde, ermöglichen
diesen Prozess einfach.
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Wie Sie hier sehen können, gibt es zwei Arten von Proteinen. Das eine ist ein Carrierprotein (Transportprotein), das
in der gelblichen Farbe dargestellt wird. Das Transportprotein
hat, wie Sie sehen können, eine Kammer, die es ermöglicht,
die gelben Moleküle zu binden. Dann
verändert der Transporter seine Form, damit sich
die Moleküle hinüberbewegen können. Diese Veränderung, die ich mit meinen Händen veranschauliche, diese Veränderung, die auftreten kann,
erfordert keine Energiezufuhr und wird
einfach durch die Bewegung des Moleküls
von hoher Konzentration zu niedriger angetrieben. Wenn dies
über längere Zeit geschieht, werden sich die Konzentrationen der
beiden ausgleichen. Ein gutes Beispiel dafür ist in
unseren Blutzellen. Hier haben wir GLUT. Ich erwähnte
die GLUTs bereits vorher. Sie ermöglichen es der Glukose
durch die Membran der Blutzelle zu gelangen,
entsprechend dem Konzentrationsunterschied.
Blutzellen haben also eine niedrigere Konzentration an
Glukose als die umgebende Flüssigkeit um sie herum.
Mit den GLUTs bewegt sich die Glukose
frei in diese Zellen und es erfordert keinen
Energieaufwand die Glukose aufzunehmen.
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Ein weiterer Proteintyp, der an diesem
Austausch beteiligt ist, ist ein Ionenkanal. Ich werde
später in dieser Vorlesung mehr über Ionenkanäle erzählen.
Ionenkanäle sind typischerweise spezifisch
für Ionen, also geladene Moleküle, wie Natrium oder
Kalium. Das Bemerkenswerte an
den Ionenkanälen ist, dass sie
sehr spezifisch sind, typischerweise für ein Ion und
andere Ionen zurückweisen.