Molekülbewegung über Membranen

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Questions and Answers

Was passiert bei der nicht-kompetitiven Hemmung eines Transporters?

Der Inhibitor bindet an die gleiche Stelle wie das Substrat.

Der Inhibitor blockiert die Substratbindung vollständig.

Der Inhibitor verändert die Struktur des Transporters. (correct)

Der Inhibitor verstärkt die Substratbindung.

Was ist ein unkompetitiver Inhibitor?

Er bindet an das Substrat vor der Bildung des Enzym-Substrat-Komplexes.

Er hat die gleiche Wirkung wie eine kompetitive Hemmung.

Er bindet nur an den Enzym-Substrat-Komplex. (correct)

Er beeinflusst die Bindung des Substrats nicht.

Wie wird ATP bei der Energiegewinnung in Bezug auf Ionengradienten genutzt?

ATP wird zur ATP-Synthese verwendet, wenn der Gradienten gleich ist.

ATP wird zur Umwandlung elektrochemischer Gradienten in chemische Energie verwendet.

ATP kann nicht zur Wiederherstellung des Gradienten verwendet werden.

ATP wird verwendet, um den Gradienten während der ATP-Synthese zu erhöhen. (correct)

Welche Aussage beschreibt den Mechanismus der ATP-Synthase?

Die ATP-Synthase kann ihre Funktionsrichtung ändern, abhängig von denionischen Konzentrationen. Signup and view all the answers

Was führt dazu, dass H+ über die Membran einströmt und ATP produziert wird?

Ein hoher H+ Gradient im extrazellulären Raum. Signup and view all the answers

Was beschreibt die Reihenfolge der Durchlässigkeit über Membranen am besten?

Kleine hydrophobe Moleküle, kleine ungeladene polare Moleküle, große ungeladene polare Moleküle, Ionen Signup and view all the answers

Welche Form des Transports über Membranen ist mit einer langsamen Passage verbunden?

Passiver Transport via Transporter Signup and view all the answers

Was trifft auf die Eigenschaften von Kanälen zu?

Sie bilden wassergefüllte Poren. Signup and view all the answers

Was beschreibt den passiven Transport über Membranen am besten?

Alle Kanäle ermöglichen eine Passage nur „bergab“. Signup and view all the answers

Was ist eine Hauptfunktion von Ionenkanälen?

Sie ermöglichen einen schnellen Transport von Ionen bestimmter Größe und Ladung. Signup and view all the answers

Welche Bewegung ist charakteristisch für den aktiven Transport?

Er erfordert Energie, um gegen das Konzentrationsgefälle zu arbeiten. Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen über Transporter ist korrekt?

Transporter binden spezifische Solute und erfordern Konformitätsänderungen. Signup and view all the answers

Welches Molekül hat die größte Wahrscheinlichkeit, durch Membranen zu diffundieren?

Kleine hydrophobe Moleküle Signup and view all the answers

Welcher Transportmechanismus nutzt den Natriumgradienten in tierischen Zellen?

Natrium/Kalium ATPase Signup and view all the answers

Was ist das Hauptprodukt der F-Typ-Pumpe während der ATP-Synthese?

ATP Signup and view all the answers

Welche Funktion haben ABC-Transporter im Zellmembranverkehr?

Pumpen kleine Moleküle durch die Zellmembran Signup and view all the answers

Welches Zellenmerkmal ist bei Nervenzellen besonders ausgeprägt?

Hoher Energiebedarf durch Natrium/Kalium Pumpen Signup and view all the answers

Was beschreibt die Rolle von Ionengradienten über Membranen?

Sie sind Motoren der Energiebereitstellung. Signup and view all the answers

Welche der folgenden Zelltypen gehört nicht zu den drei Domänen der Lebewesen?

Pflanzen Signup and view all the answers

Welche Aussage über die ATP-Spaltung in ABC-Transportern ist korrekt?

Es verursacht Konformitätsänderungen und die Öffnung von Substratbindungsstellen. Signup and view all the answers

Was beschreibt die pathologische Anatomie in Bezug auf Zellinteraktionen?

Sie ist der dynamische Ausdruck von Interaktionen zwischen Zelltypen. Signup and view all the answers

Wie beeinflusst Cholesterin die Membranpermeabilität?

Es verstärkt die Permeabilitätsbarriere und versteift die Doppelschicht. Signup and view all the answers

Welcher Mechanismus hilft Kleinorganismen, ihre Membranfluidität konstant zu halten?

Anpassung der Fettsäurezusammensetzung ihrer Membranlipide. Signup and view all the answers

Welche Funktion hat das Inositol-Phospholipid in Zellmembranen?

Es ist am transmembranen Verkehr und der Signalweiterleitung beteiligt. Signup and view all the answers

Was zeichnet Lipidflöße in der Plasmamembran aus?

Sie nehmen große und komplexe Membranproteine besser auf. Signup and view all the answers

Wie entstehen Lipidtröpfchen in Zellen?

Wenn Zellen hohen Fettsäurekonzentrationen ausgesetzt sind. Signup and view all the answers

Was ist eine charakteristische Eigenschaft von Lipidtröpfchen?

Sie sind Organelle und bestehen aus neutralen Lipiden. Signup and view all the answers

Warum streben Lipidtröpfchen zur Tropfenform?

Wegen des Fehlens eines hydrophilen Pols an der inneren Oberfläche. Signup and view all the answers

Was ist nicht typisch für die Eigenschaft von Lipidflößen?

Sie sind stabil und bilden sich unter Stress. Signup and view all the answers

Welche der folgenden Funktionen haben Lipide in der Zellmembran?

Sie dienen als Brennstoffreserve. Signup and view all the answers

Was passiert während des flip-flop Mechanismus bei der Apoptose?

Phosphatidyl-Serin wechselt von der Innenschicht in die Außenschicht. Signup and view all the answers

Welches Lipid ist typischerweise auf der äußeren Schicht der Zellmembran konzentriert?

Glykolipide Signup and view all the answers

Wie wirkt Cholera toxin auf Zellen?

Es führt zu einer Erhöhung der cAMP-Konzentration. Signup and view all the answers

Welche Rolle spielt das Glykolipid GM1 im zentralen Nervensystem?

Es beeinflusst Neuroplastizität. Signup and view all the answers

Welcher Mechanismus führt zur Bindung von SARS-CoV-2 an die Wirtszelle?

Die Bindung an die ACE2-Rezeptoren. Signup and view all the answers

Was ist eine Funktion von Membranproteinen?

Sie wirken als Rezeptoren für äußere Reize. Signup and view all the answers

Welche Aussage über die Lipid-Doppelschicht ist korrekt?

Phospholipide sind unerlässlich für die Signalübertragung. Signup and view all the answers

Study Notes

Substratbewegung über Membranen

Moleküle werden abhängig von Hydrophilie/Hydrophobie, Ladung und Größe passiv oder aktiv über Membranen bewegt.
Die Reihenfolge der Durchlässigkeit: Kleine hydrophobe Moleküle, Kleine ungeladene polare Moleküle, Große ungeladene polare Moleküle, Ionen.

Formen der Molekülbewegung über Membranen

Einfache Diffusion
Passiver Transport via Kanal
Passiver Transport via Transporter
Aktiver Transport via Transporter

Kanäle

Interagieren nur schwach mit ihrem Solut.
Bilden wassergefüllte Poren, die sich über die Doppelschicht erstrecken und schließen können.
Sind die Poren geöffnet, treten die Solute durch.
Gewöhnlich anorganische Ionen bestimmter Größe und Ladung.
Dies bedeutet eine sehr rasche Passage.

Transporter

Binden das spezifische Solut.
Transportieren unter mehrfachen Konformitätsänderungen über die Membran.
Dies bedeutet eine gegenüber Kanälen deutlich langsamere Passage.

Grundlagen des Transports über Membranen

Alle Kanäle und viele Transporter ermöglichen eine Passage nur „bergab“ – entsprechend dem Konzentrationsgefälle – passiver Transport.

Ionenkanäle als Variante von Membrankanälen

Aufbau aus Kanalproteinen.
Nicht-kompetitive (= allosterische) Hemmung eines Transporters.
- Der Inhibitor bindet an einer anderen als der Solut-Bindungsstelle und verändert dadurch die Struktur des Transporters.

Ionengradienten über Membranen

Ionengradienten über Membranen im Dienst der Energiebereitstellung.
- Sie ermöglichen die ATP Synthese zum Antrieb des Stofftransports über die Membran (z.B. das Enzym ATP-Synthase).
- Ermöglicht den Wechsel von Gradientenantrieb zu Antrieb über einen „Motor“ (z.B. ATP) mit Umkehr der Arbeitsrichtung.
- Passage Bergab entlang eines günstigen elektrochemischen Gradienten unter Energiegewinnung, z.B. ATP-Synthese und Bergauf-Transport unter Energieverbrauch zur Wiederherstellung des Gradienten.

Na+ (daneben auch H+) als Grundantrieb vieler Membranfunktionen

ATP-Synthase (Bautyp F-Pumpe) – Umkehrbare Funktionsrichtung

Bei hoher H+ Konzentration extrazellulär (= großer Gradient) => H+ - Einstrom unter ATP-Produktion.

ATP-Synthase – Umkehrbare Funktionsrichtung

Die Wiederherstellung des Gradienten erfolgt unter ATP-Verbrauch.

Beispiele für P-Typ-Pumpen

Der von Natrium/Kalium ATPase aufgebaute Natriumgradient treibt den Transport der meisten Nährstoffe in tierischen Zellen und reguliert wesentlich den zystolischen pH-Wert.
Rund 1/3 des Energiebedarfs einer typischen tierischen Zelle entfällt auf den Antrieb dieses Transporters, noch mehr bei Nervenzellen zur Fortleitung des Nervenimpulses.

F-Typ-Pumpe

Turbinenartige Proteine aus vielen Untereinheiten.
Arbeitet mit bedarfsweiser Richtungsumkehr: Nutzt den Wasserstoffgradienten an der Membran zur Synthese von ATP aus ADP und Phosphat.

Ionengradienten über Membranen als Motoren der Energiebereitstellung und Basis elektrischer Reizausbreitung

ATP Synthese zum Antrieb des Stofftransports über die Membran.
Auslösung und Weiterleitung elektrischer Signale in Nervenzellen und Muskelzellen.

ABC-Transporter

Pumpen vorwiegend kleine Moleküle durch die Zellmembran.
Verfügen über je 2 ATP-Domänen.
Die ATP-Spaltung bewirkt eine Reihe von Konformitätsänderungen und Öffnung der Substratbindungsstellen zunächst an der einen, dann an der anderen Seite der Membran für den Durchtritt kleiner Moleküle.

Die drei Domänen der Lebewesen

Eukaryoten
Eubakterien (Prokaryoten)
Archaeen (Prokaryoten)

Zell-Ebene und Erkrankungen

Viele Erkrankungen werden durch Modellvorstellungen auf Zell-Ebene verständlich und Behandlungsansätze basieren zumeist auf solchen Modellen.
Die pathologischen Veränderungen von Geweben sind dynamischer Ausdruck von Interaktionen zwischen Zelltypen welche solche Gewebe bilden in ihrer direkten oder indirekten Reaktion auf Schadwirkungen (Noxen) einschließlich Mikroorganismen.

Cholesterin

Cholesterin verstärkt in Membranen die Permeabilitätsbarriere und versteift den Mittelbereich der Doppelschicht in Interaktion mit Phospholipiden.
Dadurch werden Verformbarkeit und Durchlässigkeit für kleine wasserlösliche Moleküle verringert.

Membranfluidität

Besonders Kleinorgansimen, deren Umgebungstemperatur schwankt, passen die Fettsäure-Zusammensetzung ihrer Membranlipide temperaturgeleitet an.
Damit wird die Membran-Fluidität konstant gehalten.

Die Membran verfügt über spezialisierte Signalisationselemente

Das Inositol-Phospholipid ist ein charakteristisches Beispiel.
- Entscheidende Funktion bei der Lenkung des transmembranalen Verkehrs und der Signalweiterleitung in Zellen.

Lipidfluss-Bildung

Lipidmoleküle in der Plasmamembran tierischer Zellen können sich vorübergehend zu spezialisierten Domänen, sogenannten Lipidflößen, formieren.
Lipidflöße haben längere gerade Kohlenwasserstoffschwänze als andere Membranlipide.
Daher sind die Floßdomänen dicker und kompakter als andere Bereiche der Doppelschicht und nehmen große und komplexe Membranproteine besser auf.

Lipidtröpfchen, Herkunft und Funktion

Die meisten Zellen speichern Lipidüberschüsse in Tröpfchen-Form.
Lipidtröpfchen enthalten neutrale Lipide, die im endoplasmatischen Retikulum aus Fettsäuren und Cholesterin synthetisiert werden.
Sie sind Organellen und umgeben von einem Phospholipid-Monolayer, der verschiedene Proteine enthält.
Lipidtröpfchen entstehen, wenn Zellen hohen Fettsäurekonzentrationen ausgesetzt sind.
Lipidtröpfchen streben spontan zur Tropfenform, da der hydrophile Pol an der inneren Oberfläche fehlt (Voraussetzung für die Bildung von Doppelschichten an Membranen).
- Funktionieren als:
  - Baustein der Membransynthese/Reparatur
  - Brennstoffreserve

Die Lipid-Doppelschicht – funktioneller Sinn eines allgemeinen Konstruktionsprinzips an einigen Beispielen

Es gibt 3 Hauptklassen von Lipidmolekülen in den Membranen:
- Phospholipide
- Cholesterin
- Glykolipide

Ausgeprägte Lipidasymmetrie in der Lipid-Doppelschicht von Membranen

Ausgeprägte Lipidasymmetrie in der Lipid-Doppelschicht von Membranen mit Ladungsdifferenzen ist funktionell relevant für die Umwandlung von extrazellulären Signalen in intrazelluläre Signale.
Viele zytosolische Enzyme binden an spezifischen Lipidkopfgruppen im zytosolischen (inneren) Monolayer und benötigen unter anderem negativ geladene Phospholipide für ihre Aktivität.

Dynamische Phospholipid-Asymmetrie als Zelluntergang-Signal

Bei Apoptose (= programmierter Zelltod) wechselt Phosphatidyl-Serin aus der Innenschicht in die Außenschicht der Membran (flip-flop Mechanismus) und wird zum Phagozytose-Signalgeber für Makrophagen.

Glykolipide

Glykolipide sind beschränkt auf die äußere, nicht-zytosolische Schichte und konzentriert in Lipidflößen.
Glykolipide wirken bei Zellerkennungsprozessen mit.
Sie bilden andererseits Eintrittspforten für bestimmte bakterielle Toxine, z.B. das Glykolipid GM1 für das Choleratoxin.
- Dieses Toxin bindet nur an Zellen, die GM1 an der Oberfläche exprimieren, so das Darmepithel.
- Choleratoxin verlängert intrazellulär die Erhöhung der cAMP-Konzentration.
- Daraus folgt verstärkter Eflux von Natrium und Wasser aus der Zelle ins Darmlumen.
- Dadurch profuse Durchfälle und Dehydratation binnen Stunden.

Das Glykolipid GM1 im ZNS

Beeinflusst die Neuroplastizität
Beeinflusst Reparaturvorgänge
Setzt Neurotrophine im ZNS frei

ACE2-Rezeptor und Corona-Virus

Angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) ist sowohl ein Regulator des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems als auch ein funktioneller Rezeptor an Zelloberflächen wodurch SARS-CoV-2 in die Wirtszelle eindringt.

Membranproteine

Proteine in der Plasmamembran dienen als Rezeptoren für äußere Reize.
Sie übertragen Informationen.

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Description

In diesem Quiz lernen Sie die verschiedenen Mechanismen der Substratbewegung über Membranen kennen. Entdecken Sie die Unterschiede zwischen einfacher Diffusion, passivem und aktivem Transport sowie die Rolle von Kanälen und Transportern. Testen Sie Ihr Wissen zu hydrophilen und hydrophoben Molekülen.