Semipermeable Membran
Was ist eine semipermeable Membran, wie ist sie aufgebaut und auf welche Weise können Stoffe sie durchqueren? Alle Antworten darauf findest du in unserem Beitrag oder im kurzen Video dazu.
Inhaltsübersicht
Semipermeable Membran einfach erklärt
Unter einer Membran verstehst du im Allgemeinen eine dünne Trennschicht, die zwei Räume voneinander abgrenzt. Die Bedeutung für „semipermeabel“ kannst du dir ganz einfach aus dem Lateinischen herleiten. Semi steht für „halb“ oder „teilweise“ und permeare bedeutet „durchgehen“ oder „passieren“.
Biomembranen , die in menschlichen Zellen vorkommen, sind semipermeable Membranen. Dort begrenzen sie entweder die komplette Zelle (Plasmamembran) oder einzelne Zellorganellen. Die Membranen sind nur für bestimmte Stoffe durchlässig, für andere jedoch nicht. Das kannst du auch als selektive Permeabilität bezeichnen. Die Durchlässigkeit für die jeweiligen Substanzen hängt vor allem von ihrer Molekülgröße, Polarität und Ladung ab.
Eine semipermeable Membran (eng: semipermeable membrane) ist eine halbdurchlässige Trennwand. Biomembranen sind für bestimmte Substanzen durchlässig, für andere jedoch nicht (= selektive Permeabilität).
Passiver Stofftransport
Beim passiven Stofftransport ist keine von außen zugeführte Energie notwendig. Die Triebkraft für den Transport stammt aus einem Konzentrationsunterschied innerhalb und außerhalb der semipermeablen Membran. Wenn eine bestimmte Substanz im Zellinneren in großen Mengen vorhanden ist, im Zellaußenraum hingegen kaum, erfolgt ein Transport in Richtung Zellaußenraum.
Die Bewegung bezeichnest du als Diffusion . Diffusion findet immer entlang des Konzentrationsgradienten (Konzentrationsgefälles) statt. Das bedeutet, dass sich die Stoffe immer von einer Region mit einer höheren Konzentration zu einer Region mit einer niedrigen Konzentration derselben Substanz bewegen. Das läuft so lange ab, bis sich ein Gleichgewicht eingestellt hat.
Einfache Diffusion
Bei der einfachen Diffusion können einige Stoffe die Phospholipid-Doppelschicht ungehindert durchqueren.
Dabei handelt es sich meist um hydrophobe, also wassermeidende, Moleküle wie Sauerstoff (O2) oder Kohlenstoffdioxid (CO2). Auch kleine polare Moleküle wie Harnstoff können die Membran ungehindert passieren.
Der Innenbereich der semipermeablen Membran ist nach dem Flüssig-Mosaik-Modells aus beweglichen hydrophoben Fettsäuren aufgebaut. Deshalb können hydrophobe und damit fettlösliche Moleküle die semipermeable Membran leicht passieren.
Merke: Je besser fettlöslich ein Molekül ist, desto schneller diffundiert es durch die Membran.
Erleichterte Diffusion
Bei der erleichterten Diffusion können auch polare Stoffe wie Aminosäuren oder Zucker sowie geladene Ionen die semipermeable Membran überwinden — und das ohne Stoffwechselenergie zu verbrauchen. Das ermöglichen sogenannte Membranproteine. Du kannst hier zwischen zwei verschiedenen unterscheiden:
- Kanalproteine
- Transportproteine (Carrier-Proteinen)
Kanalproteine bezeichnest du auch als integrale Membranproteine. Das kommt daher, da sie sich in die hydrophobe Lipidschicht einlagern und so in der Membran integriert sind. Sie bilden in ihrem Inneren hydrophile (wasserliebende) Ionenkanäle. Dadurch können Ionen oder andere größeren Molekülen durch die Membran gelangen. Das Öffnen und Schließen dieser Kanäle wird dabei über Signalproteine oder eine elektrische Spannung gesteuert.
Für den Wassertransport besitzt die Zellmembran besondere Kanalproteine die sogenannten Aquaporine. Obwohl Wasser ein sehr kleines Molekül ist und die Membran meist ohne Probleme passieren kann, ist der Wassertransport sehr wichtig. Über die Aquaporine kann die Zelle gezielter regulieren, wie viel Wasser sie aufnimmt oder abgibt.
Transportproteine hingegen binden an die zu transportierenden Substrate und schleusen sie durch die Doppelschicht der semipermeablen Membran.
Osmose
Osmose ist ein Spezialfall der Diffusion. Hier diffundiert Wasser als Lösungsmittel entlang seines Konzentrationsgefälles durch eine semipermeable Membran. Das spielt besonders beim Wassertransport in Pflanzen eine bedeutende Rolle.
Wie eine Osmose genau funktioniert und wo du ihr überall im Alltag begegnest, erklären wir dir im extra Video dazu!
Aktiver Stofftransport
Neben dem passiven Stofftransport ist auch ein aktiver Stofftransport möglich. Er wird, wie sein Name bereits vermuten lässt, aktiv erzeugt. Das bedeutet, dass er von außen zugeführte Energie benötigt. Durch integrale Membranproteinen können Substanzen so entgegen ihres Konzentrationsgradienten durch eine Membran transportiert werden.
Du kannst zwischen zwei Formen des aktiven Transportes unterschieden:
- dem primär aktiven Transport
- und dem sekundär aktiven Transport.
Primär aktiver Transport
Beim primär aktiven Transport wird Energie gewonnen, indem ATP mithilfe von Enzymen gespalten wird (Hydrolyse) . Die dabei frei werdende Energie treibt den Transport an. Das spielt vor allem in der Neurobiologie bei den Na+-K+-Ionenpumpen eine große Rolle.
Sekundär aktiver Transport
Der sekundär aktive Transport nutzt einen Konzentrationsgradienten einer Substanz aus, um eine andere Substanz durch eine Membran zu transportieren. Der Gradient wurde zuvor allerdings über den primären Transport, also die Spaltung von ATP-Molekülen, aufgebaut.
Wichtig: Der sekundär aktive Transport ist keine erleichterte Diffusion!
Stofftransport durch Biomembranen
Neben dem passiven und aktiven Stofftransport durch eine Biomembran, gibt es noch weitere Transportmechanismen. Welche das sind, haben wir dir in unserem extra Video zusammengestellt.