Biomembran – passive und aktive Transportvorgänge
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Grundlagen zum Thema Biomembran – passive und aktive Transportvorgänge
Zu Beginn wird der Aufbau einer Biomembran kurz wiederholt und erklärt, wie die Konzentrationsverhältnisse von Natrium, Glukose und Kalium außerhalb und innerhalb der Zelle sind. Dieses Video erklärt dir weiterhin die verschiedenen Möglichkeiten des Stofftransportes durch Biomembranen. Dabei wird auf aktive (gegen das Konzentrationsgefälle) und passive (mit dem Transportgefälle) Transportmechanismen eingegangen. Welche Rolle dabei ATP spielt, erfährst du auch im Video. Am Ende gibt es eine kleine Zusammenfassung, die alles Wichtige zusammenfasst.
Transkript Biomembran – passive und aktive Transportvorgänge
Hallo, ich bin Natascha und möchte euch heute über die Transportmechanismen an der Biomembran erzählen. Wir schauen uns eine Biomembran an. Sie besteht aus einer Doppellipidschicht. In der Zelle herrscht eine hohe Konzentration von Glucose und Kaliumionen und eine niedrige Konzentration von Natriumionen. Außerhalb der Zelle herrscht eine hohe Konzentration von Natriumionen, aber eine niedrige Konzentration von Glucose und Kalium. Wir können die Transportmechanismen an der Membran in 2 Gruppen teilen: passive und aktive Mechanismen. Wenn ihr das Video zur "Diffusion" gesehen habt, dann wisst ihr jetzt, dass zum Beispiel ein Wassermolekül durch einfache Diffusion in die Zelle eindringen könnte. Da die Membran aus einer Doppellipidschicht aufgebaut ist, ist es für kleine lipophile Teilchen leicht, durch die Membran zu kommen. Will die Zelle aber kleine, hydrophile Moleküle wie Wasser und größere Teilchen wie Ionen aufnehmen, muss sie sich eines Tricks bedienen wie der eingeschränkten Diffusion, die durch Poren oder Kanäle erfolgt. Diese durchspannen die ganze Membran und lassen nur spezifische Moleküle durch. Das hängt einmal ab vom Durchmesser der Kanäle, zum anderen von ihrer Ladung. Da gegensätzliche Ladungen sich anziehen, lassen positiv geladene Kanäle negativ geladene Anionen wie das Chlorid durch, negativ geladene die positiv geladenen Kationen. Ein weiterer passiver Transportmechanismus ist die erleichterte Diffusion. Sie schleust kleine organische Moleküle wie Zucker und Aminosäuren durch die Membranen mit Hilfe von Carriern. Diese Carrier haben eine Bindungsstelle für ganz spezifische Moleküle. Wenn ein Molekül sich an sie gebunden hat, ändert der Carrier seine Konformation und bringt das Molekül in die Zelle. Manche Carrier können 2 unterschiedliche Moleküle binden und ändern ihre Konformation erst dann, wenn beide Bindungen belegt sind. Das nennt man dann Co-Transport. All diese Mechanismen laufen immer in Richtung des Konzentrationsgefälles ab. Das Gesetz der Diffusion hilft der Zelle also bei diesen Transporten, sodass die Zelle für sie keine extra Energie aufwenden muss. Daher der Begriff des passiven Transports. Beim aktiven Transport werden Moleküle entgegen des Konzentrationsgefälles in oder aus der Zelle raus transportiert. Hierfür werden auch Carrier benutzt, allerdings muss die Zelle jetzt Energie dafür aufbringen. An der Darmschleimhaut kann aus dem Darmlumen, dem Inneren des Darmes, Glucose aufgenommen werden. Dies geschieht durch einen gekoppelten Transport. Eine Natrium-Kalium-Pumpe befördert gegen das Konzentrationsgefälle Natriumionen aus der Zelle hinaus und Kaliumionen in die Zelle hinein. Dieser Vorgang benötigt Energie in Form von ATP. Wenn die Natriumionen an der Zellmembran jetzt durch den Diffusionssog zurück in die Zelle möchten, koppeln sie sich an die Rezeptoren des Carriers an. Hier sind auch Bindungsstellen für Glucose vorhanden, die sich ebenfalls ankoppelt. Wenn alle Bindungsstellen belegt sind, ändert der Carrier wieder seine Konformation und nimmt die Glucose-Moleküle gegen das Konzentrationsgefälle ins Innere der Zelle mit. Weil Natriumionen und Glucose durch denselben Carrier transportiert werden, nennt man dies gekoppelten Transport. Werden Moleküle zusammen in dieselbe Richtung transportiert, nennt man dies Symport. Werden sie in unterschiedliche Richtungen transportiert, nennt man es Antiport. Dabei wird immer ein Stoff mit dem und ein Stoff gegen das Konzentrationsgefälle transportiert. Unser Beispiel mit der Glucose ist ein Symport. Jetzt wissen wir also, wie an der Biomembran die einfache Diffusion aussieht. Wir haben uns die eingeschränkte und die erleichterte Diffusion sowie den Co-Transport angesehen und wissen, dass diese zu den passiven Transportmechanismen gehören. Zu den aktiven Transportmechanismen, die Energie in Form von ATP benötigen, gehören der gekoppelte Transport beziehungsweise Symport und Antiport. Ich hoffe, das Video hat euch weitergeholfen, und wir sehen uns beim nächsten Mal.
Biomembran – passive und aktive Transportvorgänge Übung
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Beschreibe, auf welchen passiven Transportwegen die folgenden Stoffe durch die Membran gelangen.
TippsDie erleichterte Diffusion erfolgt mithilfe von Carrier-Proteinen.
Ionen besitzen immer eine Ladung.
Die Membran besteht aus Lipiden. Was bedeutet das für lipophile Stoffe?
Aminosäuren und Zucker sind relativ große, organische Moleküle. Sie passen nicht durch Kanalproteine.
LösungDie Biomembran reguliert, welche Stoffe in und welche aus der Zelle heraustransportiert werden. Dies ist eine sehr wichtige Aufgabe der Biomembran.
Für einige Stoffe, wie Gase (z. B. Sauerstoff und Kohlendioxid) und lipophile Moleküle (z. B. Steroidhormone), ist die Membran sehr gut durchlässig, sodass sie einfach hindurch diffundieren können.
Sind die Stoffe größer oder besitzen sie wie Ionen eine Ladung, werden bestimmte Kanäle für den Transport benötigt. Es handelt sich dann um eine eingeschränkte Diffusion.
Durch die erleichterte Diffusion gelangen Aminosäuren und Zucker in die Zelle. Dieser passive Transport erfolgt mithilfe von Carriern.
Wasser kann auf zwei Arten die Membran durchqueren:
- Durch einfache Diffusion (langsamer Prozess)
- Durch erleichterte Diffusion über Aquaporine (wesentlich effizienter)
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Beschreibe die Transportproteine genauer.
TippsGegen ein Konzentrationsgefälle zu transportieren bedeutet, dass man Stoffwechselenergie verwenden muss. Dies wäre eine aktive Transportform.
LösungCarrier sind Transportproteine. Sie binden spezifisch ihren Stoff und geben ihn nach einer Konformationsänderung auf der anderen Seite der Biomembran wieder ab. Dies kann wie bei der erleichterten Diffusion sowohl beim passiven Transport geschehen als auch beim aktiven Transport.
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Erkläre den Aufbau der Biomembran.
TippsDer „Schwanz" der Phospholipide ist wassermeidend.
Hydrophil bedeutet „wasserliebend“.
LösungDie Biomembran besteht aus Lipiden, Proteinen und in geringen Mengen auch aus Kohlenhydraten. Die Phospholipide bilden die Lipiddoppelschicht. Sie besitzen einen hydrophilen Kopf und einen unpolaren, hydrophoben Schwanz. Die hydrophilen Bereiche der Phospholipide sind nach außen zum Wasser gerichtet. Die Proteine sind mosaikartig eingelagert und können sich in der Membran frei bewegen.
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Erläutere die Funktion der Biomembran.
TippsHormone sind Botenstoffe.
In Pflanzenzellen besitzen die Zellwände eine Stützfunktion, in Tierzellen sind es die kompakten Zellverbände, die sich gegenseitig Halt geben.
LösungMembranen sind wesentliche Strukturelemente der Zelle. Sie dienen der Kompartimentierung, sodass Reaktionsräume entstehen, in denen unterschiedliche und voneinander unabhängige Stoffwechselreaktionen ablaufen können.
Zudem regulieren sie den Stofftransport, sie sind selektiv permeabel (=semipermeabel) und können nur bestimmte Stoffe passieren lassen.
Sie dienen auch der Kommunikation der Zellen. Ihre Rezeptoren und Signalstrukturen dienen der Erkennung von Botenstoffen wie Hormone.
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Benenne verschiedene Transportformen des aktiven Transports.
TippsBeim gekoppelten Transport kommt die Natrium-Kalium-Pumpe zum Einsatz.
Diffusion wird durch die Eigenbewegung der Teilchen bewirkt.
LösungDer Stofftransport durch die Biomembran kann auf unterschiedliche Wege erfolgen, je nachdem, um welchen Stoff es sich handelt.
Wir unterscheiden den passiven und aktiven Transport. Beim passiven Transport erfolgt der Stoffaustausch in Richtung eines Konzentrationsgefälles, es wird keine Stoffwechselenergie benötigt. Beim aktiven Transport ist dies genau andersherum.
Zum aktiven Transport gehört der gekoppelte Transport sowie der Symport und der Antiport. Zum Beispiel gelangen beim gekoppelten Transport über die Natrium-Kalium-Pumpe und einen Carriers Natriumione aus der Zelle und Kaliumione in die Zelle. Werden beim aktiven Transport Stoffe in die gleiche Richtung transportiert, nennt man dies Symport. Werden sie in unterschiedliche Richtungen transportiert, spricht man vom Antiport.
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Erkläre weitere Transportformen.
TippsEndo kommt aus dem Griechischen und bedeutet innen.
Vesikel kann man auch als Bläschen bezeichnen.
Bei der Pinocytose werden Flüssigkeitströpfchen aufgenommen.
LösungFür die Aufnahme großer Moleküle oder auch flüssiger Stoffe wendet die Zelle noch weitere Transportformen an: die Endocytose und Exocytose.
Bei der Endocytose stülpt sich die Membran nach innen ein und schnürt ein Vesikel mit dem aufzunehmenden Stoff nach innen ins Zellplasma. Handelt es sich hierbei um einen festen Stoff, spricht man auch von der Phagocytose, ist der Stoff flüssig ist es eine Pinocytose. Zum Beispiel nehmen die Pantoffeltierchen durch Phagocytose ihre Nahrung auf.
Bei der Exocytose werden Stoffe nach außen abgegeben. Ein Beispiel hierfür sind Drüsenzellen, die ihr Sekret auf diesem Weg abgeben.
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Der Aufbau des Videos ist prima.
Was mir aber nicht gefällt ist, dass hier die erleichterte Diffusion nur auf Carrier beschränkt wird. Das kenne ich auch so aus einem Schulbuch, es ist so aber nicht richtig.
Ich kann das Video so leider nicht uneingeschränkt für den Unterricht verwenden.
Die Videos sind cool
Grüße Emma
Hallo! Sehr schön gemacht! Einziges Manko ist, dass wenn man ein Video für SchülerInnen freischaltet, auch die Lösungen gleich dazu freigeschalten werden. Liebe Grüße
:DANKE
Hallo Janates01, es freut uns, dass dir das Video gefallen hat! Zu deiner Frage: Carrier, egal welcher Art, haben spezifische Bindungsstellen für die zu transportierenden Substanzen. Somit hat jede Bindungsstelle für eine Substanz eine spezifische chemische und räumliche Struktur. Manche Carrier tragen spezifische Bindungsstellen für verschiedene Substanzen. Erst wenn sie alle besetzt sind, ändert sich die Konformation des Carrierproteins so, dass die gebundenen Substanzen auf die andere Seite der Membran gelangen.
Liebe Grüße aus der Redaktion