64 RAAbits Biologie April 2010

Einzelmaterial 79 S 14

Transportproteine

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M 7 Der Edersee

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64 RAAbits Biologie April 2010

Einzelmaterial 79 S 9

Transportproteine

M 3 Die Transportproteine

Kanal-protein

Ein Protein, das einen bestimmten Stoff durch die Membran lässt.

Das Protein bildet einen durchgängigen Kanal für einen bestimmten Stoff durch die Membran. Der Stoff kann sich sehr schnell durch den Kanal bewegen.

Carrier

Typ: Uniport

Ein Protein, das einen bestimmten Stoff durch die Membran transpor-tiert.

Der Stoff bindet auf einer Seite der Membran an das Protein. Das Protein ändert dadurch seine Gestalt (Konformation), sodass sich der Stoff auf der anderen Seite der Membran befindet. Hier löst er sich wieder von dem Protein ab. Das Protein nimmt wieder seine ursprüngliche Gestalt an und der Vorgang wiederholt sich.

Carrier

Typ: Symport

Ein Protein, das zwei bestimmte Stoffe in die gleiche Richtung durch die Membran transpor-tiert.

Zwei verschiedene Stoffe binden auf einer Seite der Membran an das Protein. Dieses ändert dadurch seine Gestalt (Konformation) und die Stoffe befinden sich auf der anderen Seite der Membran. Hier lösen sie sich wieder von dem Protein ab. Das Protein nimmt wieder seine ursprüngliche Gestalt an und der Vorgang wiederholt sich.

Carrier

Typ: Antiport

Ein Protein, das zwei bestimmte Stoffe in entgegen-gesetzte Richtungen durch die Membran transportiert.

Ein Stoff bindet auf einer Seite der Membran an das Protein. Dieses ändert dadurch seine Gestalt (Konfor-mation) und der Stoff löst sich auf der anderen Seite der Membran ab. Auf dieser Seite bindet ein anderer Stoff an das Protein, welches dadurch wieder seine ursprüngliche Gestalt annimmt. Der zweite Stoff löst sich auf der entgegengesetzten Membranseite ab.

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Einzelmaterial 79 S 10

Transportproteine

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M 4 Streifzug durch verschiedene Transportmechanismen

Fall 1

Die roten Blutkörperchen (Erythrocyten) benötigen, wie alle Zellen des Körpers, Trauben-zucker, um daraus Energie zu gewinnen. Sie nehmen diesen Zucker mit Carriern aus dem Blutplasma auf, wobei die Konzentration an Traubenzucker im Blutplasma höher ist als im Cytosol der Erythrocyten.

Fall 2

Langkettige Stärkemoleküle werden im Darm mit Enzymen zu Traubenzucker abgebaut. Die den Darm auskleidenden Zellen nehmen den Traubenzucker auf, obwohl im Darm eine viel geringere Konzentration an Traubenzucker als in den Darmzellen herrscht. Um diesen Zucker aufnehmen zu können, wird er gemeinsam mit Natrium-Ionen transportiert. Die Konzen-tration an Natrium-Ionen ist im Darm wesentlich größer als in den angrenzenden Zellen.

Fall 3

In allen tierischen Zellen befördert ein Protein Natrium-Ionen aus den Zellen heraus und Kalium-Ionen in die Zellen hinein. Bei jedem Vorgang werden drei Natrium-Ionen und zwei Kalium-Ionen transportiert. Dabei setzt das Protein ein Molekül ATP um. So wird erreicht, dass außerhalb der Zelle eine viel höhere Konzentration an Natrium-Ionen und eine viel geringere Konzentration an Kalium-Ionen vorliegt als im Inneren. Dies ist für die Funkti-onsweise der Zelle so wichtig, dass etwa ein Drittel des in der Zelle produzierten ATPs für diesen Vorgang verbraucht wird.

Fall 4

In Nervenzellen öffnet der Botenstoff Acetylcholin einen Kanal in der Membran, wodurch Natrium-Ionen in das Innere der Zelle gelangen. Diese liegen außerhalb der Membran in viel größerer Konzentration vor als innerhalb der Zelle. Durch die eindringenden Natrium-Ionen ändert sich das elektrische Potenzial an der Membran. So wird eine Nervenzelle erregt und kann dann die Informationen entlang der Membran weitergeben.

Aufgabe 1: Ordnen Sie für den Ihnen zugewiesenen Fall das im Text genannte Transport-protein einer Kategorie (Kanalprotein, Carrier Antiport, Carrier Uniport und Carrier Symport) zu und fertigen Sie eine Schemazeichnung auf Folie an, welche die im Text beschriebenen Vorgänge vereinfacht darstellt.

Aufgabe 2: Vergleichen Sie die Aufnahme von Traubenzucker in Erythrocyten und Darm-zellen.

Aufgabe 3: Beschreiben Sie die mit der Aufnahme von Traubenzucker in Erythrocyten und Darmzellen verbundenen energetischen Aspekte.

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64 RAAbits Biologie April 2010

Einzelmaterial 79 S 13

Transportproteine

M 6 Edersee und Vorgänge an der Zellmembran – gibt es Gemeinsamkeiten?

Das Wasser in der Eder fließt in Richtung Meer. Dabei wird beständig Lageenergie (= poten-zielle Energie) frei. Die Staumauer des in Hessen gelegenen Edersees kann von Wasser jedoch nicht durchdrungen werden. Mithilfe von Röhren in der Staumauer, durch welche Wasser abfließen kann, wird es dem Wasser ermöglicht, weiter in Richtung Meer zu fließen. Dabei kann das Wasser auch eine Turbine antreiben. Ein Teil der potenziellen Energie wird in elektrischen Strom umgewandelt.

Kurz nach dem Edersee wird das Wasser jedoch wieder von der Staumauer des Affoldener Sees aufgehalten. Nachts, wenn wenig Strom verbraucht wird, pumpen zwei Pumpspeicher-kraftwerke (Waldeck I und Waldeck II) Wasser aus dem Affoldener See in zwei auf dem benachbarten Peterskopf gelegene Speicherbecken. Energetisch wird also elektrischer Strom wieder in Lageenergie des Wassers umgewandelt. Tagsüber, bei hohem Strombedarf, lässt man das Wasser der Speicherbecken zurück in den Affoldener See strömen; dabei treibt es zur Stromerzeugung die Turbinen der Pumpspeicherkraftwerke an.

Aufgabe

Vergleichen Sie mithilfe der Tabelle die energetischen Aspekte einer Zelle und eines Stausees.

Zelle Stausee

Barriere, die dafür sorgt, dass zwei Systeme mit unterschiedlicher Energie bestehen bleiben

Ursache für die Energie-differenz der Systeme links und rechts der Barriere

Strukturen, die einen Energieausgleich zwischen den Systemen ermöglichen

Zugeführte Energie, die energetisch ungünstigen Transport ermöglicht

Mögliche gewonnene Energie, wenn ein Ener-gieausgleich zwischen den Systemen erfolgt

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