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Transportvorgänge in der Zelle - Referat



Bio Klausur 28.11.2004

Plasmolyse Deplasmolyse
Osmose und Diffusion

Plasmolyse: Ablösung des Protoplasten von der Zellwand nach Zusatz einer hypertonischen Lösung.
Deplamolyse : rückläufige Plasmolyse
Osmose: einseitig gerichtete Diffusion entlang eines Konzentrationsgradienten
Diffusion: allmähliche Vermischung von Flüssigkeiten oder Gasen bis zur gleichmäßigen Verteilung
Osmotischer Druck: entsteht durch Wassereinstrom in eine Zelle und wirkt z. B. gegen die Zellwand
Turgor: Zellsaftdruck der von innen auf die Zellwand ausgeübt wird.

Eine Plasmolyse tritt ein, wenn das umgebene Wasser einer Zelle durch einer Zucker/Salz Lösung getauscht wird, dabei löst sich nach kurzer Zeit der Protoplast von der Zellwand, die Vakuole wird kleiner, bis sich der Protoplast vollständig von der Zellwand löst und sich abkugelt. Es wird erkennbar das die Vakuole von einem dünnen Cytoplasmaschlauch umgeben ist, der von 2 Membranen begrenzt wird, der Vakuolen- und Zellmembran. Das Wasser hat die Vakuole durch Vakuolenmembran, Cytoplasma und Zellmembran hindurch verlassen, dadurch entsteht eine Wasserverlust in der Zelle (hypotonisches Verhalten innerhalb der Zelle).

Bei der Deplasmolyse läuft der umgekehrte Vorgang ab, indem statt einer Lösung destilliertes Wasser der Zelle zugesetzt wird. Wasser strömt von außen in die Vakuole hinein. Vakuole und Cytoplasmaschlauch vergrößern sich langsam, der Protoplast legt sich wieder an die Zellwand an (hypertonisches Verhalten innerhalb der Zelle).

Plasmolyse und Deplasmolyse werden durch die Umgebungswärme verursacht, aufgrund der Umgebungswärme bewegen sich Wassermolekül und die darin gelösten Teilchen, dabei prallen sie aufeinander ab und stoßen sich wieder ab. So können sich Wassermoleküle und die darin gelösten Teilchen gleichmäßig verteilen. Je höher die Temperatur umso schneller bewegen sich die Teilchen (Brownsche Molekularbewegung).
Bei der Salzlösung beispielsweise wandern die Salze in allen Richtungen, die Ausbreitungsgeschwindigkeit wir mit zunehmender Entfernung vom Ursprung immer geringer. Durch die Brownsche Molekularbewegung werden die Teilchen von der hohen zur niedrigen Konzentration verteilt, diese verteilung nennt man Konzentrationgradiente.

Wenn alle Teilchen sich entlang des Konzentrationsgradienten ausbreiten und den Konzentrationsausgleich erreichen nennt man dies eine Diffusion. Je höher der Konzentrationsunterschied umso schneller die Diffusionsgeschwindigkeit, je höher die Temperatur umso höher die Diffusionsgeschwindigkeit. Diffusion erfolgt durch Membranen hindurch, es wandern H2o - Moleküle entlang eines Konzentrationsgradienten, dies ist möglich weil die Vakuolen- und Zellmembran nur für Wasser permeable ist.

Die stabile und elastische Zellwand setzt dem einströmenden Wasser Widerstand entgegen, sodass ein Druck entsteht, diesen Druck nennt man Zellwanddruck oder auch Turgor. Der Turgor ist dem Wassereinstrom bedingten osmotischen Druck entgegen gerichtet.
Ist der Zellwanddruck und osmotische Druck gleich, ist das Gleichgewicht zwischen Wassereinstrom und Wasserausstrom erreicht.

osmotische Zustandsgleichung: S=O-W Wassereinstrom hört auf, wenn der osmotischer Druck gleich dem Wanddruck ist.


Stoffaustausch bzw. Nährstoffaustausch
aktiver Tarnsport: durch Carrier vermittelter, Energie verbrauchender Stofftransport durch eine Biomembran entgegen dem Konzentrationsgefälle
passiver Tarnsport: durch Carrier vermittelter, dem Konzentrationsgradenten folgender Stofftransport der Biomembran
Endozytose: Aufnahme von Stoffen in die Zelle durch Vesikel, die an der Zellmembran gebildet werden
Phagocytose: Aufnahme von festen Partikeln ins Cytoplasma
Pinocytose: Aufnahme von flüssigen Stoffen ins Cytoplasma
Exocytose: Ausschleusung von Stoffen aus der Zelle durch Vesikel, die sich nach außen entleeren.

Bei kleinen Stoffen im passiven Vorgang erfolgt der Transport entlang des Konzentrationsgefälles, daher benötigen sie keine Energie.
Bei diesem Stoffaustausch werden meist Carrier, Osmose, Diffusion oder Poren und Kanäle genutzt.
Beim aktiven Transport werden Pumpen oder Carrier genutzt, sie erfolgen entgegensetzt des Konzentrationsgradienten und benötigen daher ATP.

Bei größeren Stoffen wie z.B. Flüssigkeiten oder festen Partikeln
die aufgenommen werden müssen, die nicht durch die Zellmembran transportiert werden können, umfließt die Zelle einen Flüssigkeitstropfen oder festen Partikel, somit entsteht ein Membranumschlossenes Vesikel mit den aufgenommenen Substanzen, die ins Cytoplasma abgeschnürt werden.

Adenosintriphosphat
ATP ist das wichtigste Molekül zur Energieübertragung im Stoffwechsel aller Lebewesen. ATP entsteht in den Mitochondrien der Zelle, beim Abbau von Nahrungsbestandteilen durch die Glykose. Pflanzen können es direkt mit Hilfe von Sonnenenergie durch die Lichtreaktion der Photosynthese herstellen.
ATP besteht aus einem zentralen Zuckermolekül (Ribose), das mit Adenin (Bestandteil der Nukleinsäure) verbunden ist. Adenosin (Ribose+ Adenin) sind 3 Phosphatgruppen angelagert, die an einer Seite des Zuckermoleküls hängen.
Die Phosphatgruppen sind die eigentlichen Energieträger, denn eine Phosphatgruppe besteht aus einem Phosphoratom, das von 4 Sauerstoffatomen umgeben ist. Unter Mitwirkung eines Enzyms und Anlagerung eines Wasserstoffmoleküls kann die letzte der 3 Phosphatgruppen abgespalten werden, wodurch Adenosindiphosphat (ADP) entsteht. Dabei wird Energie freigesetzt.


Proteine
Proteine (Eiweiße) beinhalten 20 unterschiedliche Aminosäuren, diese bilden die Bausteine.
Außerdem enthalten Proteine saure Carboxylgruppen und basische Aminogruppen als funktionelle Gruppe. Carboxylgruppe einer Aminosäure reagiert unter Wasserabspaltung mit der Aminogruppe einer anderen Aminosäure, es entsteht eine Peptidbindung.
Die Aminogruppe ist immer am 2. C-Atom des Aminomoleküls, den Alpha- C Atom gebunden, dieses ist außerdem mit einem H-Atom und einem organischen Rest verknüpft.
In diesem Rest unterscheiden sich die einzelnen Aminogruppen in der Funktion und der gestalt, dieser Rest kann polar, unpolar, sauer oder basisch sein.
Der menschliche Organismus ist nicht in der Lage alle Aminosäuren selbst zu synthetisieren, das sin essenziele Aminosäuren die durch die Nahrung aufgenommen werden müssen.

Strukturen der Proteine (Bio Buch S.29)
Proteine können erst eine bestimmte Aufgabe erfüllen, wenn sie auf der Basis der Primärstruktur übergeordnete Strukturen besitzen, wie die Sekundärstrukturen und manchmal eine Tertiärstruktur.

1.Durch die Reaktion von 3 Aminosäuren entsteht unter Abspaltung von Wasser ein Tripeptid. Die Aufeinanderfolge der einzelnen Bausteine nennt man Primärstruktur.

2.Eine Polypeptidkette windet sich zur Sekundärstruktur, indem benachbarte Aminosäuren der Polypeptidkette (Primärstruktur) Wasserstoffbindungen eingehen. Legen sich mehrere Polypeptidstränge nebeneinander und falten sich, spricht man von einer Beta-Faltblattstruktur.

3. Die Dreidimensionale Tertiärstruktur bildet sich durch Interaktionen zwischen Aminosäuren an verschiedenen Stellen in der schraubenförmig aufgewundenen Polypeptidkette.

4.Die Quartärstruktur bildet sich durch Aneinanderlagerung zweier oder mehreren Polypeptidketten zu Molekülen.

2 AS – Dipeptid
2 - 10 AS – Oligopeptid über 100 AS – Proteine
Denaturierung
Die Denaturierung zerstört die räumliche Struktur durch Hitze, Säure oder Base, d.h die räumliche Anordnung der Aminosäurekette wird irreversibel verändert. In der Sekundärstruktur fallen die Wasserstoffbrücken zusammen, dies führt dazu das die Sekundärstruktur zu einer Primärstruktur wird. Es entstehen Löcher im Membran. Carrier und Tunnelproteinefallen zusammen. Die Membran ist durch die Denaturierung beschädigt und damit nicht funktionsfähig.




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