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Wie diffundieren fettlösliche Substanzen durch die Zellmembran?

Wie diffundieren fettlösliche Substanzen durch die Zellmembran?


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Es wird gesagt, dass wasserlösliche Substanzen weniger leicht durch die Zellmembran diffundieren können als fettlösliche Substanzen, da erstere im hydrophoben Bereich der Phospholipid-Doppelschicht auf Impedanz treffen. Gilt die gleiche Logik jedoch nicht für hydrophobe Substanzen, da sie die hydrophilen äußeren/inneren Oberflächen der Plasmamembran nicht passieren können? Wie könnten sie die Zelle leichter betreten oder verlassen?


Siehe diesen Absatz und das Bild aus The Cell: A Molecular Approach. 2. Auflage.:

Während der passiven Diffusion löst sich ein Molekül einfach in der Phospholipid-Doppelschicht auf, diffundiert darüber und löst sich dann in der wässrigen Lösung auf der anderen Seite der Membran auf… ist in der Lage, die Plasmamembran zu durchqueren und zwischen dem Inneren und Äußeren der Zelle zu äquilibrieren. Wichtig ist, dass nur kleine, relativ hydrophobe Moleküle mit signifikanten Geschwindigkeiten durch eine Phospholipiddoppelschicht diffundieren können (Abbildung 12.15). So können Gase (wie O2 und CO2), hydrophobe Moleküle (wie Benzol) und kleine polare, aber ungeladene Moleküle (wie H2O und Ethanol) können durch die Plasmamembran diffundieren. Andere biologische Moleküle können sich jedoch im hydrophoben Inneren der Phospholipiddoppelschicht nicht lösen. Folglich können größere ungeladene polare Moleküle wie Glukose die Plasmamembran nicht durch passive Diffusion passieren, ebenso wie geladene Moleküle jeder Größe (einschließlich kleiner Ionen wie H+, N / A+, K+, und Cl-). Die Passage dieser Moleküle durch die Membran erfordert stattdessen die Aktivität spezifischer Transport- und Kanalproteine, die daher den Transport der meisten biologischen Moleküle in die und aus der Zelle steuern.

Wie im obigen Absatz gezeigt, müssen sich Moleküle in der Phospholipid-Doppelschicht auflösen, um durch diese zu diffundieren. Da aber der hydrophile Teil bereits mit Wasser wechselwirkt, ist das Auflösen hauptsächlich für den hydrophoben Teil vorgesehen. Da der hydrophobe Teil nun unpolar ist, kann er nur unpolare Substanzen auflösen (gleiches löst sich auf). So können kleine Gase wie O2, CO2 und unpolare Moleküle wie Benzol lösen sich leicht im hydrophoben Teil auf und diffundieren durch ihn hindurch. Auch Moleküle wie Wasser und Ethanol können sich aufgrund ihrer geringen Größe und sehr geringen Polarität in geringen Mengen darin auflösen. Deshalb können nur einige Wassermoleküle passiv diffundieren, große Wassermengen würden Aquaporine erfordern. Da größere Moleküle wie Glukose eine große Größe und eine hohe Polarität aufweisen, können sie sich nicht in der Membran auflösen und benötigen daher auch für die Diffusion Transmembrankanäle. Ähnliches gilt auch für ionische Substanzen: Sie benötigen Ionenkanäle zu ihrer Diffusion.

Hoffe das hilft. Kommentieren Sie unten, wenn Sie weitere Zweifel haben.


Zelldiffusion: Wie diffundieren Substanzen durch Zellen?

Diffusion ist ein Prozess, der auftritt, wenn eine Substanz wie Wasser, Moleküle und Ionen, die normalerweise für verschiedene zelluläre Prozesse benötigt werden, in Zellen ein- und austritt. Die Zelldiffusion geschieht dadurch, dass sich Moleküle von einem Bereich hoher Konzentration zu einem Bereich niedriger Konzentration bewegen. Dies geschieht in der Regel so lange, bis beide Moleküle die gleiche Menge der Substanz aufweisen und diese gleichmäßig verteilt ist.

Die Zelldiffusion kann unterschiedliche Geschwindigkeiten haben und ist ein Prozess, der in der Biologie intensiv untersucht wird. Wenn Sie mehr über die Zelldiffusion und ihre Funktionsweise erfahren möchten, sollten Sie sich den Udemy-Kurs Eine Einführung in die grundlegende Biologie ansehen.


Wie werden freie Fettsäuren in Membranen transportiert? Ist es durch Proteine ​​oder durch freie Diffusion durch die Lipide?

Obwohl der Transport von langkettigen freien Fettsäuren (FFAs) in Zellen oft auf die gleiche Weise wie der Glukosetransport analysiert wird, argumentieren wir, dass der Transport des lipidlöslichen amphipathischen FFA-Moleküls anders betrachtet werden muss. Die Aufteilung von FFAs in Phospholipiddoppelschichten und deren Grenzflächenionisierung sind für den Transport besonders relevant. Wir fassen neue Daten zusammen, die die Diffusionshypothese in einfachen Lipiddoppelschichten und in Plasmamembranen von Zellen unterstützen. Zusammen mit früheren unterstützenden Daten deuten die neuen Daten darauf hin, dass der Transport von FFAs durch Membranen schnell durch Flip-Flop der nicht-ionisierten Form der FFA erfolgen könnte. Es scheint, dass die passive Diffusion zumindest für die Adipozyten einen schnellen Eintritt und Austritt von FFAs sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Konzentrationen garantiert. Obwohl es mehrere Kandidatenproteine ​​für den Membrantransport von FFAs gibt, haben die meisten dieser Proteine ​​andere etablierte Funktionen. Somit wären diese Proteine ​​im Gegensatz zu den Glucosetransportern keine Einzelfunktionsproteine. Der endgültige Nachweis ihrer Funktion als FFA-Transporter wartet auf ihre Rekonstitution in einfache Modellsysteme.


Plasmamembran-Hormonrezeptoren

Von Aminosäuren abgeleitete Hormone und Polypeptidhormone sind nicht von Lipiden abgeleitet (lipidlöslich) und können daher nicht durch die Plasmamembran von Zellen diffundieren. Lipidunlösliche Hormone binden an Rezeptoren auf der äußeren Oberfläche der Plasmamembran über Plasmamembranhormonrezeptoren. Im Gegensatz zu Steroidhormonen wirken sich lipidunlösliche Hormone nicht direkt auf die Zielzelle aus, da sie nicht in die Zelle eindringen und direkt auf die DNA einwirken können. Die Bindung dieser Hormone an einen Zelloberflächenrezeptor führt zur Aktivierung eines Signalweges, der die intrazelluläre Aktivität auslöst und die mit dem Hormon verbundenen spezifischen Wirkungen ausführt. Auf diese Weise passiert nichts die Zellmembran, das Hormon, das an der Oberfläche bindet, bleibt an der Zelloberfläche, während das intrazelluläre Produkt in der Zelle verbleibt. Das Hormon, das den Signalweg in Gang setzt, heißt a erster Bote, das einen zweiten Botenstoff im Zytoplasma aktiviert, wie in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2. Die von Aminosäuren abgeleiteten Hormone Adrenalin und Noradrenalin binden an beta-adrenerge Rezeptoren auf der Plasmamembran von Zellen. Die Hormonbindung an den Rezeptor aktiviert ein G-Protein, das wiederum die Adenylylcyclase aktiviert und ATP in cAMP umwandelt. cAMP ist ein zweiter Botenstoff, der eine zellspezifische Reaktion vermittelt. Ein Enzym namens Phosphodiesterase baut cAMP ab und beendet das Signal.

Ein sehr wichtiger zweiter Botenstoff ist zyklisches AMP (cAMP). Wenn ein Hormon an seinen Membranrezeptor bindet, a G-Protein das mit dem Rezeptor assoziiert ist, ist aktiviert G-Proteine ​​sind Proteine, die von Rezeptoren getrennt sind, die in der Zellmembran gefunden werden. Wenn ein Hormon nicht an den Rezeptor gebunden ist, ist das G-Protein inaktiv und wird an Guanosindiphosphat oder GDP gebunden. Wenn ein Hormon an den Rezeptor bindet, wird das G-Protein aktiviert, indem es anstelle von GDP Guanosintriphosphat oder GTP bindet. Nach der Bindung wird GTP durch das G-Protein zu GDP hydrolysiert und wird inaktiv.

Das aktivierte G-Protein wiederum aktiviert ein membrangebundenes Enzym namens Adenylylcyclase. Adenylylcyclase katalysiert die Umwandlung von ATP in cAMP. cAMP wiederum aktiviert eine Gruppe von Proteinen, die Proteinkinasen genannt werden, die in einem als Phosphorylierung bezeichneten Prozess eine Phosphatgruppe von ATP auf ein Substratmolekül übertragen. Die Phosphorylierung eines Substratmoleküls ändert seine strukturelle Orientierung und aktiviert es dadurch. Diese aktivierten Moleküle können dann Veränderungen in zellulären Prozessen vermitteln.

Die Wirkung eines Hormons wird mit fortschreitendem Signalweg verstärkt. Die Bindung eines Hormons an einen einzelnen Rezeptor bewirkt die Aktivierung vieler G-Proteine, die die Adenylylcyclase aktivieren. Jedes Molekül Adenylylcyclase löst dann die Bildung vieler Moleküle cAMP aus. Eine weitere Amplifikation erfolgt, da Proteinkinasen, sobald sie durch cAMP aktiviert wurden, viele Reaktionen katalysieren können. Auf diese Weise kann eine kleine Menge Hormon die Bildung einer großen Menge an Zellprodukt auslösen. Um die Hormonaktivität zu stoppen, wird cAMP durch das zytoplasmatische Enzym deaktiviert Phosphodiesterase, oder PDE. PDE ist immer in der Zelle vorhanden und baut cAMP ab, um die Hormonaktivität zu kontrollieren und eine Überproduktion von Zellprodukten zu verhindern.

Die spezifische Reaktion einer Zelle auf ein lipidunlösliches Hormon hängt von der Art der Rezeptoren ab, die auf der Zellmembran vorhanden sind, und den Substratmolekülen, die im Zellzytoplasma vorhanden sind. Zelluläre Antworten auf die Hormonbindung eines Rezeptors umfassen die Veränderung der Membranpermeabilität und der Stoffwechselwege, das Stimulieren der Synthese von Proteinen und Enzymen und das Aktivieren der Hormonfreisetzung.


Die Zellmembran

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Die Zellmembran umgibt alle lebenden Zellen und ist das wichtigste Organell, es gibt auch eine ähnliche Plasmamembran, die alle Organellen mit Ausnahme des Ribosoms umgibt.

Die Membran steuert, wie und welche Stoffe in die Zelle/Organelle ein- und austreten können Die Struktur der Membran wird aufgrund ihrer Struktur oft als „Fluid-Mosaik-Modell“ bezeichnet Sie besteht aus Phospholipiden, Proteinen, und Kohlenhydrate, die in einer flüssigen Mosaikstruktur angeordnet sind. Die Phospholipide sind in einer „Doppelschicht“ angeordnet. Ihre hydrophilen (wasseranziehenden) Phosphatköpfe zeigen nach außen und ihre hydrophoben (wasserabweisenden) Schwänze zeigen nach innen zur Mitte der Doppelschicht. Die hydrophobe Schicht wirkt als Barriere für alle außer den kleinsten Molekülen und isoliert effektiv die beiden Seiten der Membranen.

Einige Membranen enthalten Phospholipide mit unterschiedlichen Fettsäuren, die die Festigkeit und Flexibilität beeinträchtigen. Tierische Zellen haben auch Cholesterin, das die Fettsäuren miteinander verbindet und so die Membran stabilisiert und stärkt. Die Proteine ​​​​spannen normalerweise von einer Seite der Doppelschicht zur anderen. Diese werden als integrale Proteine ​​bezeichnet. Einige sitzen jedoch auf einer Seite der Doppelschicht, diese werden als periphere Proteine ​​​​bezeichnet.

Proteine ​​machen ungefähr 50 % der Masse der Membran aus. Die integralen Proteine ​​(die sich über die gesamte Doppelschicht erstrecken) sind normalerweise am Transport von Substanzen durch die Membran beteiligt. Die Proteine, die sich auf der Innenseite der Doppelschicht befinden, sind oft am Zytoskelett befestigt und an der Aufrechterhaltung der Zellform beteiligt. Sie können auch Enzyme zur Katalyse von Reaktionen sein. Die Proteine ​​auf der Außenseite fungieren als Rezeptoren mit einer spezifischen Bindungsstelle, an die Hormone oder andere Chemikalien binden können. Die Kohlenhydrate befinden sich auf der äußeren Oberfläche und sind an die Proteine ​​​​oder manchmal die Phospholipide gebunden.

Proteine ​​mit einem angelagerten Kohlenhydrat werden als Glykoproteine ​​bezeichnet und Phospholipide mit einem angelagerten Kohlenhydrat werden als Glykolipide bezeichnet. DENKEN SIE DARAN, DASS EINE MEMBRANE NICHT NUR EIN LIPID-BILAYER IST, SONDERN DIE TEILE LIPID, PROTEIN UND KOHLENHYDRAT BESTEHEN! Es gibt 5 Hauptmethoden, mit denen sich Substanzen durch die Membran bewegen können LIPID-DIFFUSION - diese Methode funktioniert für Substanzen, die direkt durch die Lipiddoppelschicht diffundieren können wie H2O, O2 und CO2. Dies ist eine Art passiver Transport (passiver Diffusionsprozess) und daher wird keine Energie benötigt. Dies bedeutet auch, dass die Zelle die Lipiddiffusion nicht kontrollieren kann.

OSMOSE – dies ist die Diffusion von Wasser durch eine Membran. Es ist genau das gleiche wie die Lipiddiffusion, aber weil Wasser so wichtig und reichlich in den Zellen ist, hat es seinen eigenen Namen. PASSIVER TRANSPORT (ERLEICHTERTE DIFFUSION)-passiver Transport ist der Transport von Substanzen durch eine Membran durch ein Transmembranprotein. Dies ist eine spezifische Art der Diffusion, daher muss die Substanz das richtige Protein enthalten. Auch hierfür wird keine Energie benötigt.

Passiver Transport erfordert zwei Arten von Proteinen. Kanalproteine ​​– diese bilden eine wassergefüllte Pore oder einen Kanal in der Membran. Dadurch können geladene Substanzen (zB Ionen) über die Membran diffundieren. Trägerproteine ​​– diese haben eine Bindungsstelle für einen bestimmten gelösten Stoff. Sobald es das Protein gebunden hat, „fliegt“ es, damit der gelöste Stoff in die Membran eintreten/austreten kann.

Dies bedeutet, dass die Stelle immer zu einer Seite der Membran offen ist. Die Substanz wird nur bei hoher Konzentration binden und bei niedriger Konzentration freigesetzt. AKTIVER TRANSPORT (oder PUMPEN) – Hier bindet das Protein an das Molekül auf einer Seite der Membran und ändert dann seine Form, um es auf die andere Seite zu bringen. Da sie spezifisch sind, gibt es für jedes zu transportierende Molekül eine andere Proteinpumpe.

Da die Proteine ​​ATPase sind und die Spaltung von ATP katalysieren, setzen sie Energie frei und machen es somit zu einem aktiven Prozess (erfordert Energie). Es ist auch die EINZIGE Methode, bei der eine Substanz ihren Konzentrationsgradienten HOCH bewegt werden kann. Vesikeln – alle vorherigen Prozesse gelten nur für kleine Moleküle. Dies ist der Prozess, der für größere Moleküle wie Proteine, Polysaccharide und Nukleotide und manchmal sogar ganze Zellen verwendet wird. Es gibt zwei Arten, wie ein Vesikel funktionieren kann.

Endozytose – dies ist der Transport von Materialien in Zellen. Die Membran faltet sich um die Substanz und drückt sich dann ab, um die Substanz darin einzuschließen. Exozytose – Dies ist die Umkehrung der Endozytose. Die Stoffe werden aus der Zelle transportiert und sind meist in einem Vesikel aus dem RER oder dem Golgi-Körper eingeschlossen.


Wie diffundieren fettlösliche Substanzen durch die Zellmembran? - Biologie

8 Die Seite zu Lipidlöslichkeit, Diffusion durch Membranen und Wirkstoffverteilung!

Biologische Membranen weisen eine Semipermeabilität (selektive Permeabilität) auf. Membranen neigen dazu, bestimmte Substanzen daran zu hindern, in eine Zelle einzudringen oder diese zu verlassen. Da der Großteil der Oberfläche einer Membran aus Phospholipiden besteht, müssen Stoffe, die durch Membranen diffundieren, eine gewisse Lipidlöslichkeit aufweisen. Somit sind die Faktoren, die die Fähigkeit einer Substanz, durch Membranen zu diffundieren, bestimmen, die Faktoren, die die Lipidlöslichkeit der diffundierenden Substanz bestimmen. Letztendlich bestimmen diese Faktoren die Absorptionsrate und das Ausmaß der Verteilung von Wirkstoffmolekülen im Körper.

8 Einige Faktoren, die die Fettlöslichkeit und das Ausmaß der Arzneimittelverteilung im Körper bestimmen, sind:

i) chemische Natur des Moleküls (kurze Erklärung)
ii) Atom- oder Molekülformelgewicht (direkt proportional zur Größe) (kurze Erklärung)
iii) Wertigkeit oder Ladung (polar gegen unpolar) (kurze Erklärung)
iv) Hydratationssphäre (Ladungsdichte und effektiver Durchmesser) (kurze Erklärung)
v) vorherrschender Konzentrationsgradient (Steigung oder Steilheit des Gradienten) (kurze Erläuterung)
vi) pKa des diffundierenden Stoffes und der pH-Wert der Umgebung (kurze Erklärung)
vii) Verabreichungsweg (kurze Erklärung)

8 Diffusionskoeffizient und scheinbares Verteilungsvolumen: Lipide (Fette), einschließlich Steroidhormone und lipidlösliche Vitamine, werden als "fettlöslich" beschrieben. Die Steroidhormone sind kleine, ungeladene Moleküle auf Cholesterinbasis, die leicht durch Membranen diffundieren. Die Lipidlöslichkeit von Arzneimitteln, Toxinen, Nährstoffen und Vitaminen wird oft als "Diffusionskoeffizient" oder "scheinbares Verteilungsvolumen" (VD). Der Diffusionskoeffizient bezieht sich auf die Diffusionsgeschwindigkeit eines bestimmten Moleküls durch Pflanzenöl, normalerweise Mais- oder Erdnussöl (mit zunehmender Lipidlöslichkeit steigt der Diffusionskoeffizient von 0 auf 1 Substanzen mit Diffusionskoeffizienten nahe 1,0 sind hoch fettlöslich und diffundieren leicht über Membranen).

8 Denken Sie daran, dass ein Medikament nicht in den Körper gelangt sein soll, bis es in den Blutkreislauf gelangt. Das bedeutet, dass Drogen erscheinen zuerst im Plasma, als nächstes in der ISF und endlich im ICF.

Die scheinbares Verteilungsvolumen (VD) ist etwas komplexer. VD gibt das theoretische Wasservolumen an, in dem ein Medikament verteilt werden müsste, wenn das Medikament gleichmäßig und in der gleichen Konzentration wie im Blutkreislauf (Plasma) verteilt würde. Das klingt kompliziert. und es kann sein. und hier ist warum. Einige Medikamente sind so gut fettlöslich, dass sie den Blutkreislauf schnell verlassen und in die Fettzellen gelangen. Medikamente mit sehr hoher Fettlöslichkeit können dann den Blutkreislauf schnell und fast vollständig evakuieren. Das Ergebnis ist, dass die Konzentration des Arzneimittels im Blutkreislauf so niedrig ist, dass, wenn das Arzneimittel in der gleichen Konzentration wie im Blutkreislauf "wirklich" gleichmäßig in Lösung verteilt werden sollte, das Arzneimittel in einem theoretischen Volumen von Wasser um ein Vielfaches größer als das tatsächliche Flüssigkeitsvolumen im Körper. und daher kommt der Begriff "scheinbares" Verteilungsvolumen. denn manchmal wäre das erforderliche "scheinbare" Wasservolumen größer als die im Körper vorhandene Wassermenge.

Wir können bestimmen scheinbares Verteilungsvolumen (VD) durch Dividieren der verabreichten Arzneimitteldosis durch die Menge des Arzneimittels im Blutkreislauf nach der Verteilung des Arzneimittels.

Angenommen, wir haben jemandem eine Gesamt-„Dosis“ (i.v.-Bolus) von 10 Gramm Aspirin injiziert. Nach der Verteilung fanden wir eine Plasmakonzentration von 0,5 mg/ml im Plasma. Wenn wir 10 g (10.000 mg) durch 0,55 mg teilen. das ist ein Verdünnungsfaktor von . .. 10.000 geteilt durch 0,5 = 20,000 . Aber wir wissen, dass ein mg Wasser ein Volumen von 1 ml hat. Das bedeutet. unsere Droge muss verteilt worden sein an ein theoretisches Volumen von von 20.000 ml oder 20 Liter Wasser . Unser Patient hatte ein Körpergewicht von 50 kg. Wenn wir das theoretische Wasservolumen, in dem das Aspirin verteilt wurde (20 L), durch die Masse des Patienten (50 kg) teilen, erhalten wir ein theoretisches Verteilungsvolumen von 0,4 l/kg Körpermasse .

Denken Sie an den Wert von 0,4 l/kg Körpergewicht. Wir wissen, dass der durchschnittliche Mensch zu etwa 55% aus Wasser besteht. das entspricht 0,55 l Wasser pro kg Körpergewicht. wenn wir 0,4 L durch 0,55 L teilen, ergibt das einen Wert von 0,73. oder 73 %. Dies sagt uns, dass Aspirin in etwa 73% des Wassers im Körper verteilt wird. das ist ein ziemlich gut verteiltes Medikament, aber sicherlich kein hoch fettlösliches Medikament. Jetzt. wenn wir ein Verteilungsvolumen von mehr als 0,55 l pro kg ermitteln, also ein sehr gut verteiltes Medikament. Wenn das scheinbare Verteilungsvolumen über dieses Niveau hinaus angestiegen ist. bis 1,0 L pro kg Körpergewicht oder mehr können wir annehmen, dass es sich um ein ein sehr gut fettlösliches Medikament, und sammelt sich im Fettgewebe an.

Es ist jedoch unmöglich, einen bestimmten Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem die Konzentration des Arzneimittels im Blut gemessen werden soll. Um dieses Problem zu umgehen, messen wir die Medikamentenkonzentration im Blut mehrfach und multiplizieren dann die Fläche unter der Konzentration gegen Zeitkurve durch den linearen Teil der Kurve, der die Eliminationsrate des Arzneimittels aus dem Kreislauf zeigt. Alternativ können wir den flachen, terminalen Abschnitt der Plasma-Arzneimittelkonzentrationslinie verwenden, um auf eine hypothetische Blutkonzentration zum Zeitpunkt Null (dem Zeitpunkt der Verabreichung) zurück zu extrapolieren und einfach die verabreichte Arzneimitteldosis durch diesen extrapolierten Null-Zeitwert zu dividieren.

8 Hinweis zu Gasen: Die meisten Gase diffundieren leicht durch wässrige Lösungen und Membranen, obwohl einige leichter diffundieren (z. B. CO2 ist in Wasser etwa 20-mal diffusionsfähiger als O2). Das ist großartig in Bezug auf die Lieferung von O2 und Entfernung von CO2 verursacht aber Probleme, wenn Menschen giftigen Gasen ausgesetzt sind, die auch leicht in das Gewebe diffundieren.


Gezielte Durchlässigkeit

Plasmamembranen sind asymmetrisch, d. h. trotz des durch die Phospholipide gebildeten Spiegelbildes ist das Innere der Membran nicht mit dem Äußeren der Membran identisch. Integrale Proteine, die als Kanäle oder Pumpen wirken, arbeiten in eine Richtung. An Lipiden oder Proteinen gebundene Kohlenhydrate finden sich auch auf der äußeren Oberfläche der Plasmamembran.

Diese Kohlenhydratkomplexe helfen der Zelle, Substanzen in der extrazellulären Flüssigkeit zu binden, die die Zelle benötigt. Dies trägt erheblich zur selektiven Natur von Plasmamembranen bei.

Denken Sie daran, dass Plasmamembranen hydrophile und hydrophobe Bereiche haben. Diese Eigenschaft unterstützt die Bewegung bestimmter Materialien durch die Membran und behindert die Bewegung anderer. Fettlösliches Material kann leicht durch den hydrophoben Lipidkern der Membran rutschen. Substanzen wie die fettlöslichen Vitamine A, D, E und K passieren leicht die Plasmamembranen im Verdauungstrakt und in anderen Geweben. Fettlösliche Medikamente gelangen auch leicht in die Zellen und werden leicht in die Gewebe und Organe des Körpers transportiert. Moleküle von Sauerstoff und Kohlendioxid haben keine Ladung und passieren durch einfache Diffusion.

Polare Stoffe, mit Ausnahme von Wasser, bereiten der Membran Probleme. Während einige polare Moleküle sich leicht mit dem Äußeren einer Zelle verbinden, können sie den Lipidkern der Plasmamembran nicht ohne weiteres passieren. Auch wenn kleine Ionen leicht durch die Zwischenräume im Mosaik der Membran schlüpfen könnten, verhindert ihre Ladung dies. Ionen wie Natrium, Kalium, Calcium und Chlorid müssen ein besonderes Mittel haben, um Plasmamembranen zu durchdringen. Einfache Zucker und Aminosäuren benötigen ebenfalls Hilfe beim Transport durch die Plasmamembranen.


Endozytose und Exozytose

Überall dort, wo Moleküle eine beträchtliche Größe aufweisen, wird die Verwendung eines Austauschproteins oder einer ATP-betriebenen Pumpe zu ihrer Bewegung unpraktisch. Bedenken Sie, dass die typische ATP-betriebene Pumpe ein 100-kDa-Protein ist. Wenn das, was Sie zu bewegen versuchen, auch ein 100-kDA-Protein ist, ist offensichtlich eine andere Methode erforderlich. Diese Methode ist Endozytose. Grundsätzlich könnte man die Endozytose als eine Art des primären aktiven Transports klassifizieren. Anstatt jedoch ein ATP-knackendes Protein einer konformen Änderung zu unterziehen und ein Molekül durch die Membran zu drücken, erfährt die gesamte Membran eine konforme Änderung, um das Molekül zu umhüllen und zu verbrauchen und es in Form eines in die Zelle zu bringen Endosom.

Dies ist keine Besonderheit des Transports von Molekülen von außerhalb der Zelle ins Innere. Der vesikuläre Transport ist die wichtigste Methode, um ein großes Molekül innerhalb der Zelle von A nach B zu bringen, und die meisten Organellen tauschen auf diese Weise ihre Substrate aus. Der Prozess der Internalisierung von Molekülen auf diese Weise ist komplex und erfordert viele Schritte. Es ist in solchen frei verfügbaren Online-Ressourcen wie in diesem Kapitel von . gut beschrieben Die Zelle. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine ganze Reihe von molekularen Maschinen eingesetzt wird, um diese Vesikel zu manipulieren, und der Prozess ist relativ energieaufwendig.


Jahr 11 Missgeschicke

1. Verstehen Sie die zufällige Bewegung von Molekülen entlang eines Konzentrationsgradienten.

Wie Sie inzwischen wissen sollten, diffundieren Moleküle von einem Bereich hoher Konzentration zu einem Bereich niedriger Konzentration. (Um mehr zu erfahren, lesen Sie meinen früheren Beitrag über Diffusion und Osmose.)

Ein häufiges Missverständnis bei der Diffusion ist, dass sich Partikel in einen Bereich mit geringer Konzentration bewegen. Dies ist nicht ganz richtig. Moleküle wachen morgens nicht auf und denken "hmm, es sieht so aus, als wären da drüben weniger von uns, dann beweg dich besser." Sie bewegen sich zufällig herum und verteilen sich über die verfügbare Fläche. Während dieses Dispergierprozesses erhalten Sie ungefähr gleichmäßige Mengen des Moleküls im gesamten Bereich. Daher die Netz Die Bewegung der Moleküle erfolgt von einer hohen Konzentration zu einer niedrigen Konzentration, aber die Bewegungen einzelner Moleküle sind immer noch zufällig.

2. Verstehen Sie die Bedeutung des Molekulargewichts, der Lipidlöslichkeit und der Ladung für die Membranpermeabilität.

Moleküle mit einem niedrigeren Molekulargewicht neigen dazu, schneller zu diffundieren, wahrscheinlich weil sie andere Moleküle nicht so sehr "beiseiteschieben" müssen.

Die Lipidlöslichkeit ist ein weiterer wichtiger Faktor, der die Membranpermeabilität beeinflusst. Moleküle, die fettlöslicher sind, sind durchlässiger, da sie in der Zellmembran (die eine Lipiddoppelschicht ist) löslich sind.

Geladene Partikel haben, da sie dazu neigen, hydrophil und fettunlöslich zu sein, eine sehr geringe Permeabilität. Sie können ihre Wirkung entfalten, indem sie an Rezeptoren auf der Zelloberfläche binden (siehe meinen Beitrag zu biochemischen Botenstoffen) oder indem sie über Ionenkanäle diffundieren (auf die ich später noch eingehen werde).

3. Definieren Sie das Konzept des Flusses und seine Beziehung zur Membranpermeabilität.

Fluss ist die Bewegung von Molekülen über einen bestimmten Bereich. Wenn Sie den Fluss durch die Membran betrachten, betrachten Sie im Wesentlichen auch die Membranpermeabilität (d. h. die Fähigkeit von Molekülen, sich durch die Membran zu bewegen). Daher ist der Fluss direkt proportional zur Membranpermeabilität.

4. Vergleichen Sie die Diffusion von gelösten Stoffen durch eine Membran und durch eine Pore/einen Kanal.

Ich bin mir nicht sicher, was es hier zu kontrastieren gibt. Während fettlösliche Stoffe durch die Membran diffundieren, müssen Ionen und andere geladene Stoffe oft durch Kanäle wandern. Die allgemeinen Grundsätze gelten weiterhin, aber manchmal können sich die Kanäle öffnen und schließen.

5. Verstehen Sie die Konzepte von Osmolarität/Osmolalität und Tonizität.

Die Osmolarität ist die Anzahl der in einem Liter Lösung gelösten Partikel, während die Osmolalität die Anzahl der in einem Kilogramm Lösung gelösten Partikel ist. Diese Begriffe sind auf der Erde ziemlich austauschbar.

Tonizität hingegen ist die Fähigkeit einer Lösung, eine Zelle zu beeinflussen. Eine hypotone Lösung bewirkt, dass eine Zelle platzt, während eine hypertone Lösung eine Lyse einer Zelle bewirkt. Manchmal ist eine hypotonische Lösung auch hypoosmotisch, aber nicht immer. Manchmal kann eine Lösung mit der gleichen Osmolarität wie die Zelle beginnen, aber sie enthält bestimmte Partikel, die in die Zelle diffundieren können, wodurch sich die Osmolarität der Zelle und der Lösung ändert.

6. Beschreiben Sie die Verteilung der Konzentrationen von Wasser und gelösten Stoffen in den Körperkompartimenten.

Ich bin mir nicht sicher, was hier benötigt wird. Auf den Folien befindet sich ein Diagramm, das zeigt, dass sich das meiste Wasser (ungefähr 25 l) in den Zellen befindet, gefolgt von extrazellulärer Flüssigkeit (ungefähr 13 l), gefolgt von Blutplasma (ungefähr 3 l). Es gibt auch einen weiteren 1 Liter mit der Aufschrift "transzelluläre Flüssigkeit", der laut Google im Grunde genommen eine Flüssigkeit ist, die sich zwischen den Zellen befindet, aber von der wichtigsten interstitiellen Flüssigkeit getrennt ist. Alle außer der transzellulären Flüssigkeit haben eine Osmolarität von etwa 290 mOsm (d. h. ungefähr die gleiche Menge an Partikeln, die in allen Flüssigkeiten im Körper gelöst sind).

7. Verstehen Sie die Bedeutung der Osmolalität und des hydrostatischen Drucks bei der Regulierung des Flüssigkeitshaushalts.

Während das Blut zu den Geweben gelangt, diffundiert Wasser durch Osmose (ein Vorgang, dem teilweise durch hydrostatische Kräfte entgegengewirkt wird) in die interstitielle Flüssigkeit. In den Kapillaren auf der arteriellen Seite ist der Blutdruck viel höher, wodurch mehr Wasser in die interstitielle Flüssigkeit diffundiert als aus ihr heraus (oder zumindest ist das mein Verständnis). Das Gegenteil geschieht in den venösen Kapillaren. Dieser Prozess "ausgleicht" hauptsächlich die Bewegung von Flüssigkeit in und aus dem interstitiellen Raum, wobei jede zusätzliche Flüssigkeit vom Lymphsystem aufgenommen wird. Wenn jedoch nicht genügend Wasser auf der venösen Seite in das Blut zurückdiffundiert, kann sich Wasser im Zwischenraum ansammeln, was zu Schwellungen oder Ödemen führen kann.


Einige sehr kleine, unpolare Moleküle, darunter Sauerstoff und Kohlendioxid, können in einem als einfache Diffusion bezeichneten Prozess direkt die Zellmembran passieren. Im Cafeteria-Beispiel wäre es so, als ob nur eine Linie auf den Boden gemalt wäre, um eine Essenslinie von der anderen zu trennen. Die Schüler würden einfach die Linie überqueren, um von dem überfüllten Bereich auf den offenen Raum zu gelangen. Wassermoleküle sind zwar polar, aber klein genug, um passiv die Zellmembran zu passieren. Die Diffusion von Wasser entlang des Konzentrationsgradienten wird als Osmose bezeichnet.

Aufgrund ihrer Größe und Polarität benötigen viele Moleküle Hilfe bei der Bewegung durch die Zellmembran. In die Membran eingebettete Proteine ​​bieten ein Tor für die Diffusion. Wenn sich Moleküle durch eine offene Proteinpore einen Konzentrationsgradienten hinunterbewegen, wird der Vorgang als Kanaldiffusion bezeichnet. Im Cafeteria-Beispiel wäre das Kanalprotein eine offene Tür zwischen den Räumen.


Einige Substanzen können die Zelloberflächenmembran einer Zelle durch einfache Diffusion durch die Phospholipiddoppelschicht passieren. Beschreiben Sie andere Wege, auf denen Substanzen diese Membran passieren.

Andere Möglichkeiten, wie Substanzen die Plasmamembran passieren können, umfassen den erleichterten Transport, bei dem Moleküle oder Ionen mit einem Kanal-/Trägerprotein interagieren müssen, um durch die Membran transportiert zu werden, entlang eines Konzentrationsgradienten, der keine Energie erfordert. Eine andere Methode ist der aktive Transport, bei dem Moleküle über Proteinpumpen bewegt werden, die Energie in Form von ATP benötigen und einen Konzentrationsgradienten nach oben bewegen können. Darüber hinaus kann sich Wasser durch Osmose, von hohem zu niedrigem Wasserpotential, über Aquaporine oder Wasserkanäle durch Membranen bewegen. Alternativ können in Vesikel enthaltene Substanzen die Zelle durch Fusion der Vesikelmembran mit der Plasmamembran verlassen, was zur Freisetzung ihres Inhalts in den extrazellulären Raum führt. Extrazelluläres Material kann auch über Phagozytose in die Zelle eindringen, bei der die Zellmembran die Substanz umgibt und einhüllt, um ein intrazelluläres Vesikel oder eine Vakuole zu bilden.


Schau das Video: Transport i cellemembranen (Januar 2023).