Biochemie: Elektrolyte; Ionenkanäle & Ionenpumpen

Ein Molekül/Teilchen kann passiv (Diffusion, Kanäle, Carrier) oder aktiv (Carrier) durch die Membran gelangen.

Ein Molekül/Teilchen kann parazellulär oder transzellulär transportiert werden.

Parazellulär: Das Molekül/Teilchen passiert nie die Zelle, sondern quetscht sich durch die Tight junctions zwischen den Zellen. Wie gut das geht hängt auch vom Ort im Körper ab.

Transzellulär:

1. Transport durch die apikale Membran, durch die Zelle und durch die basolaterale Membran
2. Transport durch die apikale Membran, verlassen der Zelle durch den Zwischenraum von 2 Zellen.
3. Eintreten via einem Transportprotein in die Zelle, verlassen via der basolateralen Membran

Man kann nicht sagen welches der beiden durchlässiger ist. Es ist mal so mal so.

Spezialtransport: Endo- & Exocytose

Intrazellulär:

• Na⁺     15 mM
• K^{+       140 mM}
• Ca²⁺    <0.0001 mM
• Cl^-        6 mM
• A^-         60 mM

extrazellulär:

• Na⁺     140 mM
• K^{+        4 mM}
• Ca²⁺    1 mM
• Cl^-        120 mM
• A^-         15 mM

Sind Proteintunnel mit hydrophilem inneren. Sie erlauben das passieren von Ionen entlang des Gradienten.

Ionenkanäle sind jeweils selektiv für ein bestimmtes Ion. Ihre Öffnung und Shliessung sind streng reguliert (durch elektrische Spannung, Liganden wie Hormone oder second messanger oder durch Phosphorylierung). --> Passiver Transport. Durch Konformationsänderung ("Gating") kann die Pore geöffnet und geschlossen werden.

Ausserdem gibt es auch für Wasser bestimmte Kanäle (Aquaporine).

Die Transportrate für Kanäle liegt oft > 10⁷ Ionen/s

Carrier erlauben den Durchtritt von Ionen und kleinen hydrophilen Molekülen (Glucose, AS) durch die Membran entlang eines Gradienten. Damit dies geschieht, müssen die Carrier eine Konformationsänderung durchmachen. --> Passiver Transport

Das sind Carrier, die mehrere Stoffe zur selben Zeit transportieren. Dies kann in die gleiche Richtung sein (Symport) oder in entgegengesetzter Richtung (Antiport). Dabei folgt ein Stoff (sehr oft Na⁺) einem Gradienten, den die Zelle an anderer Stelle mittels einer Pumpe aufrecht erhalten muss. Der andere Stoff kann dadurch gegen einen Gradeienten befördert werden. --> Sekundär aktiver Transport

Diese Membranproteine befördern Ionen entgegen einen Gradienten. Dazu besitzen sie Enzymaktivitäten, mit welcher sie ATP spalten können und so ihre Energie erhalten. Sie sind Transport-ATPasen. Der häufigste solche Transporter ist die Na⁺/K⁺-ATPase. Sie pumpt pro ATP-Molekül 3 Na⁺ aus der Zelle und 2 K⁺  in die Zelle 

\(E(ion) = {RT \over zR}ln {extrazelluläre Ionenkonzentration \over intrazelluläre Ionenkonzentration}\)

E(ion) =Gleichgewichtspotential

R = Gaskonstante

T = absolute Temperatur

z = Anz. Ladungen des Ions

F = Faraday Konstante

Für ein monovalentes Ion gilt:

\(E(ion) = 60 mV log {extrazelluläre Ionenkonzentration \over intrazelluläre Ionenkonzentration}\)

Für ein divalentes Ion gilt: 

\(E(ion) = 30mV log {extrazelluläre Ionenkonzentration \over intrazelluläre Ionenkonzentration}\)

Viele Zellen besitzen ATP-verbrauchenden Transporter, welche ins Zytoplasma eingedrungene, potentiell schädlichen Körpereigene und -fremde Stoffegegen einen Konzentrationsgradienten wieder hinausbefördern. Solche Transporter spielen eine Wichtige Rolle im Darm, in der Leber und in den Nervenzellen. Ein Beispiel ist die MDR-ATP-ase(Multi-Drug-Resistance).

• Homöostase (Ionen, Zellvolumen, pH)
• Ernährung der Zelle
• Entsorgung von Abfallstoffen
• Aufnahme einiger Signale (Hormone, Wachstumsfaktoren)
• Aufnahme äusserer Signale (Sensorik)
• Weiterleitung von Signalen
• Aufbau Membranpotential (elektrische Erregbarkeit)
• Beendigung der Neurotransmission