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Semipermeable Membran

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Semipermeable Membran

Semipermeable Biomembranen sind sowohl in eukaryotischen als auch in prokaryotischen Organismen zu finden. Sie trennen den Innenraum (Intrazellularraum) einer Zelle von ihrem Außenraum (Extrazellularraum).

Definition der Semipermeablen Membran

Der Begriff semipermeabel lässt sich in zwei Komponenten aufteilen:

  • "semi" = halb/teilweise
  • "permeabel" = durchgehen/passieren

Die semipermeable Membran ist also eine halbdurchlässige Trennwand. Das heißt, sie ist für bestimmte Substanzen transparent, für andere jedoch nicht. Dies wird als selektive Permeabilität bezeichnet.

Die Biomembran trennt auch Zellorganellen von Zellkompartimenten. Alle Membranen, die in unserem Körper Zellen oder Zellbestandteile voneinander abgrenzen, sind semipermeabel. Die Durchlässigkeit der Membran hängt im Allgemeinen von der Molekülgröße, der Ladung und der Polarität ab.

Der Aufbau der Biomembran

Eine Biomembran besteht aus Proteinen und Phospholipiden. Diese Stoffe sind in einer speziellen Formation angeordnet.

Ein Phospholipid besteht aus einem Phosphatkopf und einem Fettsäurerest, der auch als Fettsäureschwanz bezeichnet wird. Der Schwanz ist hydrophob, der Kopf ist hydrophil. Dies ist in Abbildung 1 dargestellt.

Semipermeable Membran, Phospholipide Aufbau, StudySmarterAbbildung 1: Schematischer Aufbau von Phospholipiden, den Grundbausteinen einer Biomembran

Der Begriff hydrophob bedeutet wassermeidend und bezeichnet Stoffe, die wasserabweisend agieren. Als Synonym für hydrophob kann der Begriff lipophil verwendet werden. Er bedeutet "fettliebend".

Hydrophil hingegen lässt sich mit "wasserliebend" übersetzen. Hydrophile Stoffe drehen sich also Richtung Wasser. Auch hierfür gibt es einen synonymen Begriff: lipophob, also "fettmeidend".

Die Doppellipidschicht der Biomembran

Biomembranen des Körpers bestehen aus einer Doppellipidschicht. Hier lagern sich zwei Phospholipide immer so zusammen, dass sie mit dem Fettsäurerest zueinander zeigen. Dies siehst Du in Abbildung 1 bereits angedeutet. Dadurch befinden sich die hydrophilen Köpfe an der Außenseite und kommen gleichzeitig mit dem wasserähnlichen Zellplasma in Kontakt. Die hydrophoben Bestandteile lagern sich zusammen und wenden sich deshalb vom wasserhaltigen Milieu ab.

Diese Phospholipide reihen sich in dieser Formation aneinander und bilden die Doppellipidschicht. Demnach ist die Lipid-Doppelschicht innen lipophil und außen hydrophil.

Die Membranproteine der Biomembran

Die Membranproteine sind in der Membran (integrale Proteine) und auf der Oberfläche der Membran (periphere Proteine) verteilt.

Integrale Proteine erstrecken sich durch die gesamte Lipid-Doppelschicht und können verschiedene Funktionen übernehmen. Mehrere Proteine bilden beispielsweise Membranporen, die eine wichtige Rolle beim Transport von größeren Molekülen durch die Biomembran spielen.

Membranporen dienen dem Stofftransport. Größere Moleküle können mit ihrer Hilfe durch die Membran befördert werden. Ohne sie wäre dieser Transport durch die semipermeable Membran nicht möglich.

Lies gerne im Artikel "Aufbau einer Biomembran" mehr dazu.

Die Funktion der Semipermeablen Membran

Die semipermeable Membran grenzt Zellen und Zellkompartimente voneinander ab. Sie gewährleistet damit einen geregelten Stoff- und Energiehaushalt innerhalb der Zelle. Zusätzlich trägt sie zum spezialisierten Stofftransport zwischen Zellen und Zellkompartimenten bei.

Die Kompartimentierung

Indem die Membran die Zellorganellen voneinander abgrenzt, entstehen einzelne Kompartimente. Dies bezeichnet man als Kompartimentierung der Zelle. Hier können unterschiedliche Stoffwechselprozesse gleichzeitig und unabhängig voneinander ablaufen. Es bilden sich also innerhalb der Zelle verschiedene Reaktionsräume, die von der semipermeablen Membran abgegrenzt sind.

In einer Zelle laufen viele Prozesse gleichzeitig ab. In einer Pflanzenzelle beispielsweise findet innerhalb der Chloroplasten die Fotosynthese statt. Gleichzeitig spielt sich die Zellatmung in einem anderen Zellkompartiment ab.

Der Stofftransport durch die Semipermeable Membran

Der Stofftransport durch die halbdurchlässige Membran erfolgt durch verschiedene Transportmechanismen. Der grundlegende Unterschied liegt darin, ob beim Transport zusätzliche Energie benötigt wird oder nicht.

Der passive Transport

Die Diffusion ist die Grundbedingung für den Ablauf des passiven Transports.

Die Diffusion ist ein passiver Stofftransport, bei dem sich Teilchen im zur Verfügung stehenden Raum gleichmäßig verteilen. Dies geschieht so lange, bis ein Konzentrationsausgleich der Stoffe vorliegt. Dieser Vorgang liegt der physikalischen Eigenbewegung der Teilchen zugrunde.

Die Stoffe bewegen sich entlang des Konzentrationsgradienten, also vom Ort der hohen Konzentration, hin zum Ort der niedrigen Konzentration. Dieser Konzentrationsunterschied ist die Triebkraft für die Diffusion. Deshalb wird keine von außen zugeführte Energie benötigt.

Die erleichterte Diffusion

Teilchen, die nicht durch die semipermeable Membran diffundieren können, benötigen spezielle Kanäle. Diese Kanäle werden von den integralen Membranproteinen gebildet.

Die Stoffe bewegen sich dabei entlang des Konzentrationsgradienten. So ein Transportvorgang wird als erleichterte Diffusion bezeichnet. Sie kann beispielsweise durch eine Membranpore erfolgen.

Da der Transport durch Membranporen eine Form der Diffusion ist und somit keine Energie benötigt, wird die erleichterte Diffusion dem passiven Stofftransport zugeordnet.

Aktiver Transport

Findet der Stofftransport entgegen des Konzentrationsgradienten statt, handelt es sich um einen aktiven Transport. Membranporen benötigen dafür die Unterstützung von Adenosintriphosphat (ATP), also Energie.

Das ATP ist die häufigste Energiewährung unseres Körpers. In Reaktionen wird ATP unter Abspaltung eines Phosphatrestes zu ADP umgewandelt. Die frei werdende Energie kann in Reaktionen, wie beispielsweise als Antrieb für den aktiven Transport, verwendet werden.

Dieser Mechanismus dient dem kontrollierten Austausch einiger Stoffe, die nicht durch passiven Transport befördert werden können.

In der folgenden Abbildung sind die verschiedenen Prozesse des aktiven und passiven Transports durch die semipermeable Membran dargestellt.

Semipermeable Membran, Transportprozesse Biomembran, StudySmarterAbbildung 2: Verschiedenste Formen des aktiven Transports.

Wenn Du mehr über die aktiven Transportprozesse durch die semipermeable Membran lernen möchtest, kannst Du Dir gerne den Artikel "Stofftransport" durchlesen.

Passierfähigkeit der y Teilchen

Die semipermeable Biomembran ist für verschiedene Teilchen passierbar. Gleichzeitig wirkt sie aber auch als Barriere für spezielle Stoffe.

Passierfähige Moleküle

Durch Biomembranen können polare kleine Moleküle wie etwa Wasser transportiert werden. Auch unpolare kleine Teilchen wie Sauerstoff oder Kohlenstoff können diffundieren.

Nicht passierfähige Moleküle

Ionen (geladene Teilchen) oder große hydrophile Teilchen können die semipermeable Membran hingegen nur schwer oder gar nicht durchdringen. Für sie stellt sie eine Barriere dar. Hieran lässt sich erkennen, was selektiv permeabel beziehungsweise semipermeabel bedeutet.

Für einige geladene Teilchen gibt es jedoch spezifische Ionenkanäle, die einen Transport durch die Membran ermöglichen.

Die Osmose

Mit Osmose bezeichnet man den gerichteten Fluss von Teilchen durch die semipermeable Membran.

Osmose ist die Diffusion durch eine semipermeable Membran. Sie zählt ebenfalls zu den passiven Transportprozessen und wird durch den angestrebten Konzentrationsausgleich angetrieben.

Für diesen Prozess wird ein Lösungsmittel, der gelöste Stoff und eine semipermeable Membran benötigt. Die Membran funktioniert hier wie ein Sieb, indem sie nur das Lösungsmittel hindurchlässt. Größere Moleküle werden durch die Membran zurückgehalten.

Man nehme ein Glas Wasser und teile dieses in der Mitte durch eine semipermeable Membran. Dadurch entstehen zwei Räume, die durch die Membran voneinander abgegrenzt sind.

Nun füllt man die linke Seite mit drei, die rechte Seite mit einem Löffel Salz. Die Teilchenkonzentration der rechten Seite ist dadurch höher (hypertonisch) als die der linken Seite (hypotonisch).

Da die Salzmoleküle die Membran nicht durchdringen können, strömen die Wassermoleküle jetzt auf die linke Seite, bis sich der Konzentrationsausgleich der gelösten Stoffe eingestellt hat.

Semipermeable Membran, Diffusion und Osmose, StudySmarterAbbildung 3: Vergleich von Diffusion und Osmose.

Semipermeable Membran – Das Wichtigste

  • Die semipermeable Membran ist eine zum Teil durchlässige Membran.
  • Sie besteht aus einer Lipid-Doppelschicht und Proteinen. Dabei zeigen die Fettsäurereste (lipophil) zueinander hin, die polaren (hydrophilen) Köpfchen zeigen nach außen
  • Alle Membranen im menschlichen Körper sind semipermeabel. Diese Semipermeabiliät ist die Grundvoraussetzung dafür, dass ein Stoffaustausch zwischen Zellen stattfinden kann.
  • Die semipermeable Membran stellt für manche Stoffe eine Barriere dar. Solche Stoffe gelangen nur selektiv in die Membran, beispielsweise über Transporter.
  • Die Stoffe können durch passiven oder aktiven Transport durch die semipermeable Membran gelangen. Beim passiven Transport ist die Triebkraft die Konzentration des Stoffes. Der Konzentrationsausgleich geschieht durch die Diffusion der Teilchen.
  • Der aktive Transport hingegen benötigt Energie, meist in Form von ATP.
  • Die semipermeable Membran sorgt für eine Kompartimentierung der Zelle. Damit wird der Innenraum vom äußeren Milieu abgegrenzt.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Semipermeable Membran

Die Semipermeablität ermöglicht den Stoffaustausch zwischen Zellen und Zellorganellen. Gleichzeitig sorgt sie für Kompartimentierung, wodurch in der Zelle viele verschiedene Stoffwechselprozesse gleichzeitig und unabhängig voneinander ablaufen können.

Damit der Stoffaustausch einer Zelle funktioniert muss die Zellmembran für einige Moleküle immer durchlässig, für andere kontrolliert oder gar nicht durchlässig sein.

Eine semipermeable Membran ist die halbdurchlässige Trennwand einer Zelle. Sie grenzt Reaktionsräume in der Zelle ab, währenddessen sie gleichzeitig den Stoffaustausch ermöglicht.

Alle Membranen im menschlichen Körper sind semipermeable.

Finales Semipermeable Membran Quiz

Frage

Was bedeutet Semipermeable ?

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Antwort

teilsweise durchlässig 

Frage anzeigen

Frage

Wo sind Semipermeable Membranen zu finden ?

Antwort anzeigen

Antwort

in Zellen und dessen Zellbestandteilen 

Frage anzeigen

Frage

Welche Arten von Membranproteinen gibt es?

Antwort anzeigen

Antwort

periphere und integrale Proteine 

Frage anzeigen

Frage

Was ist eine Hypertone Lösung?

Antwort anzeigen

Antwort

Eine Lösung mit niedrigeren Konzentration als das Vergleichsmedium (Blut).

Frage anzeigen

Frage

Was ist eine semipermeable Membran?

Antwort anzeigen

Antwort

eine teils durchlässige Trennwand in der Zelle

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Definition der Diffusion?

Antwort anzeigen

Antwort

Diffusion ist ein passiver Stofftransport Prozess, bei dem sich Teilchen im zur Verfügung stehenden Raum gleichmässig verteilen, bis ein Konzentrationsausgleich der Stoffe gegeben ist.  Der Grund dafür, ist die Eigenbewegung der Teilchen.

Frage anzeigen

Frage

Was ist Osmose?

Antwort anzeigen

Antwort

Diffusion durch eine semipermeable Membran

Frage anzeigen

Frage

Was ist der unterschied zwischen passiven und aktiven Transportprozessen?


Antwort anzeigen

Antwort

nur bei aktivem Transport wird ATP benötigt

Frage anzeigen

Frage

Was passiert, wenn dem Blut eine hypotonische Lösung zugefügt wird?

Antwort anzeigen

Antwort

Wasser strömt in die roten Blutkörperchen bis sie platzen

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Frage

Welche Moleküle können die Membran nicht ohne weiteres diffundieren?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Ionen
  • große, polare Teilchen
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Frage

Was bedeutet hydrophil?

Antwort anzeigen

Antwort

Wasserabweisend und ist das gleiche wie lipophob (Fettabweisend)

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Frage

Was bedeutet lipophil?

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Antwort

Fettanziehend und ist das gleiche wie hydrophob (Wasserabweisend)

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Frage

Was trennt die semipermeable Membran?

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Antwort

  • extrazellulärerraum und Zellinnenraum
  • Cytoplasma der Zelle und der einzelnen Zellorganellen
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Frage

Was bilden die Membranen innerhalb der Zelle?

Antwort anzeigen

Antwort

Kompartimente

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Frage

Wie bewegen sich Moleküle durch die semipermeable Membran? (passiv)

Antwort anzeigen

Antwort

sie bewegen sich vom Ort der hohen Konzentration zum Ort der niedrigen Konzentration aufgrund ihrer Eigenbewegung

Frage anzeigen

Frage

Was bedeutet semipermeabel?

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Antwort

Der Begriff 'semipermeabel' bedeutet teilweise durchlässig.

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Frage

Wo sind semipermeable Membranen zu finden?

Antwort anzeigen

Antwort

Diese Membranen sind in Zellen und Zellbestandteilen zu finden.

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Frage

Nenne ein Beispiel für eine Art von Membranproteinen.

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Antwort

Eine Art von Membranproteinen wären integrale Membranproteine.

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Frage

Was ist eine hypertone Lösung?

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Antwort

Eine hypertone Lösung ist eine Lösung mit einer niedrigeren Konzentration an bestimmten Teilchen als die im Vergleichsmedium.

Frage anzeigen

Frage

Was ist eine semipermeable Membran?

Antwort anzeigen

Antwort

Eine semipermeable Membran ist eine teils durchlässige Wand der Zelle.

Frage anzeigen

Frage

Was ist Osmose?

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Antwort

Die Osmose ist ein Diffusionsgeschehen durch eine semipermeable Membran.

Frage anzeigen

Frage

Was ist der Unterschied zwischen aktiven und passiven Transport?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Antrieb des passiven Transports ist die Diffusion. Der Antrieb des aktiven Transports ist Energie (meist in Form von ATP).

Frage anzeigen

Frage

Was passiert, wenn man rote Blutkörperchen in Salzwasser gibt?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Blutkörperchen nehmen eine schrumpelige Form an.

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Frage

Welche Moleküle können die Zellmembran nicht ohne Weiteres passieren?

Antwort anzeigen

Antwort

Ionen und große polare Moleküle können nicht so einfach die Zellmembran passieren.

Frage anzeigen

Frage

Was bedeutet hydrophil?

Antwort anzeigen

Antwort

Hydrophil bedeutet so viel wie wasserliebend. Hydrophile Teilchen drehen sich eher zum Wasser hin.

Frage anzeigen

Frage

Was bedeutet lipophil?

Antwort anzeigen

Antwort

Lipophil bedeutet fettliebend. Solche Stoffe reagieren wasserabweisend.

Frage anzeigen

Frage

Was trennt die semipermeable Membran in der Zelle?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Membran trennt Extra- und Intrazellularraum. Zusätzlich trennt sie die einzelnen Zellkompartimente voneinander ab.

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Frage

Was teilen die Membranen innerhalb der Zelle ab?

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Antwort

Die Membranen trennen verschiedenste Zellkompartimente voneinander ab.

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Frage

Wie bewegen sich die Moleküle passiv durch die semipermeable Membran?

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Antwort

Die Moleküle bewegen sich vom Ort der hohen zum Ort der niedrigen Konzentration hin. Dies nennt man Diffusion.

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