Tier- und Humanphysiologie an der Leibniz Universität Hannover

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2 Definitionen für Physiologie

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Was ist Permeabilität?

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Welche Stoffe werden durch die Zellmembran allgemein durchgelassen, welche kommen nicht hindurch?

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Was macht Kanäle in Membranen aus?

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Was macht Transporter/Carrier in Membranen aus?

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Was macht Pumpen in Membranen aus?

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Was unterscheidet Kanäle und Transporter?

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Beispiele für Ionenpumpen?

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Wie ist das Membranpotential zu erklären?

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Wodurch entstehen asymmetrische Ionenverteilungen im Intra- und Extrazellularraum?

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Wie stark ändert sich die intrazelluläre Kaliumkonzentration, wenn ein Membranpotential von -100mV aufgebaut wird?

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Was passiert mit dem Membranpotential wenn die extrazelluläre Menge an Kalium-Ionen erhöht wird?

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Tier- und Humanphysiologie

2 Definitionen für Physiologie

1. Die Physiologie ist die Lehre von den physikalischen und biochemischen Vorgängen in Zellen, Geweben und Organen. Zusammenwirken aller Lebensvorgänge im gesamten Organismus.

2. Wissenschaft und Lehre von den normalen Lebensfunktionen, insbesondere von den physikalischen Funktionen des Organismus.

Tier- und Humanphysiologie

Was ist Permeabilität?

Die Permeabilität ist ein Maß für die Beweglichkeit einer Substanz durch die Membran (Einheit: m/s). Sie hängt unter anderem von der Größe und der Polarität der Substanz und der Zusammensetzung der Membran ab.

Tier- und Humanphysiologie

Welche Stoffe werden durch die Zellmembran allgemein durchgelassen, welche kommen nicht hindurch?

Durchgang:

  •  kleine polare Substanzen: Harnstoff, Äthanol
  • Gase: O2, N2, CO2
  • bedingt Wasser

kein Durchlass:

  • geladene Moleküle: Aminosäuren, ATP, G-6-P
  • Ionen: NA+,K+,Cl-,...
  • große polare Moleküle, z.B. Glucose


Tier- und Humanphysiologie

Was macht Kanäle in Membranen aus?

Kanäle bilden Poren, die im aktiven Zustand gleichzeitig zu beiden Seiten der Membran geöffnet sind. Der Stofftransport efolgt entlang eines energetischen Gradienten.

Tier- und Humanphysiologie

Was macht Transporter/Carrier in Membranen aus?

Transporter/ Carrier bilden Poren, die immer nur zu einer Seite der Membran geöffnet sind, entweder zum Extra- oder zum Intrazellelurraum. Der Stofftransport efolgt entlang eines energetischen Gradienten.

Tier- und Humanphysiologie

Was macht Pumpen in Membranen aus?

Pumpen sind Transporter, die Substanzen unter Energieaufwand (ATP-Spaltung) durch die Membran bewegen. Der Stofftransport erfolgt entgegen eines energetischen Gradienten.

Tier- und Humanphysiologie

Was unterscheidet Kanäle und Transporter?

-> beim pffenen Kanal erfolgt eine ungehinderte Teilchendiffusion und die Transportrate steigt linear mit der Größe des Konzentrationsunterschieds.

-> beim Transporter ist die Transportrate von der Größe des Konzentrationsunterschieds und von der Geschwindigkeit der Konformationsänderungen im Transportprotein abhängig -> Stoff muss binden und Transporter klappen öffnen und schließen. Beim Transporter gibt es dadurch eine Sättigung der Transportrate bei steigenden Konzentrationen

Tier- und Humanphysiologie

Beispiele für Ionenpumpen?

Na+/K+Pumpe

Ca++ Pumpen (konzentrieren Ca++ in intrazellulären Speichern)

Protonenpumpen (säuern intrazelluläre Vesikel an)

Tier- und Humanphysiologie

Wie ist das Membranpotential zu erklären?

Setzt sich aus mehreren Gegebenheiten zusammen:

  • Na+/K+-Pumpen pumpen 3 Na+ raus, aber nur 2 K+ rein. Dadurch ist Zellinneres negativ geladen. -> Elektrischer Gradient
  • K+-Kanäle lassen K+-Ionen aus der Zelle raus (wegen chemischem Gradienten) sodass, Zelle noch negativer wird und elektrischer Gradient steigt
  • Ab bestimmten Punkt gleichen sich chemischer und elektrischer Gradient (bezogen auf K+-Ionen) aus. Dabei ist das Zellinnere immer noch negativ geladen. So kommt es zu einem Membranpotential von etwa -70mV in der menschlichen Zelle.

Tier- und Humanphysiologie

Wodurch entstehen asymmetrische Ionenverteilungen im Intra- und Extrazellularraum?

1. Ionenpumpen erzeugen aktiv Gradienten

2. Intrazellulär gebildete Proteine sind für die Zellmembran impermeabel

3. Impermeable Ionen (-> Proteine) sorgen für asymmetrische Verteilung anderer Ionen, die für die Zellmembran permeabel sind

Tier- und Humanphysiologie

Wie stark ändert sich die intrazelluläre Kaliumkonzentration, wenn ein Membranpotential von -100mV aufgebaut wird?

komplizierte Physikrechnung... Ergebnis:

10^8 von 10^13 K+-Ionen verlassen die Zelle um eine Membranspannung von -100mV aufzubauen. Das ist zwar eine sehr große Zahl, entspricht aber nur einem 1/100.000 der intrazellulären Kaliummenge. Dadurch verringert sich die intrazelluläre Kaliumkonzentran lediglich um 0,00015 mmol/l.

-> Ionengradienten und -Konzentrationen für Natrium und Kalium ändern sich bei normalen Aktionspotential praktisch nicht. Auch Gleichgewichtspotenziale bleiben konstant.

Tier- und Humanphysiologie

Was passiert mit dem Membranpotential wenn die extrazelluläre Menge an Kalium-Ionen erhöht wird?

Membranpotential nimmt ab. (Chemisches Potential sinkt und dadurch auch das elektrische, weniger K+ strömen aus Zelle aus)

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