Arbeitsblatt: Osmose Difussion

Stofftransport durch Biomembranen – Osmose Membranen Membranen sind Strukturen, welche in jeder Zelle zu finden sind. Sie umhüllen die Zelle sowie deren Organellen. Stoffe, die zwischen Zellen oder Organellen ausgetauscht werden, müssen daher die Membranen überwinden. Biomembranen sind jedoch selektiv permeabel (semipermeabel), das heisst nicht alle Stoffe können passieren. Eine Biomembran besteht aus einer Doppellipidschicht, das heisst aus zwei aufeinander liegenden Lipidmolekülen. Der eine Teil dieses Lipidmoleküls ist wasserliebend (hydrophil), das heisst er verbindet sich gerne mit dem Wasser, der andere Teil ist fettliebend (lipophil) und daher wasserabstossend. So entsteht eine Doppellipidschicht also eine Biomembran. Der Durchtritt durch Biomembranen erfolgt durch passive oder aktive Transportmechanismen. Unpolare Moleküle wie Sauerstoff können sie leicht durchdringen. Auch kleine polare Wassermoleküle gelangen hindurch. Zum Austausch von grösseren Molekülen oder von Ionen werden jedoch spezielle, in die Membran eingebaute Transportproteine benötigt. Der Transport in Richtung des Konzentrationsgefälles, das heisst von einer höheren zu einer tieferen Konzentration läuft von alleine (passiver Transport) ab, während beim Transport von tieferer zur höheren Konzentration Energie aufgewendet werden muss (aktiver Transport). Lipidmolekül Lipophiler Teil Hydrophiler Teil Wasser Wasser LipidDoppelschicht Biomembran Wasser 1 Aufbau der Doppellipidmembran Diffusion Alle Moleküle sind ständig in Bewegung. Die Geschwindigkeit dieser Bewegung hängt von der Temperatur ab, je wärmer es ist, desto schneller bewegen sich die Teilchen zum Beispiel in der Luft oder im Wasser. Die einzelnen Teilchen kommen jedoch jeweils nicht sehr weit, weil sie bereits nach kurzer Zeit mit anderen Teilchen zusammenstossen und dabei die Richtung ändern. Durch viele zufällige Bewegungen und Zusammenstösse kommt es so allmählich zu einer gleichmässigen Verteilung, einem Konzentrationsausgleich. Osmose Behindert wird die Diffusion, wenn verschiedene Lösungen durch eine Membran getrennt sind. Salz- oder Zuckerteilchen zu Beispiel können die Zellmembranen nicht passieren, wohl aber die Wasserteilchen. Solch Membranen, die nicht für alle Teilchen durchlässig sind, nennt man semipermeable Membranen. Sind Wasser und eine Zuckerlösung in einem Gefäss durch eine semipermeable Membran getrennt, liegt in dem einen Volumen eine höhere Konzentration als im anderen vor. Die Wasserkonzentration hingegen ist in der Zuckerlösung geringer, da hier ein Teil des Volumens von den Zuckerteilchen eingenommen wird.Von beiden Seiten stossen Teilchen gegen die Membran. Die Zuckerteilchen können die Membran nicht durchqueren, die Wasserteilchen jedoch schon. Diese Diffusion der Teilchen durch eine semipermeable Membran nennt man Osmose. Sie führt zu einer steigenden Zahl Wasserteilchen in der Zuckerlösung und zu einer Abnahme von Wasserteilchen auf der Wasserseite. Dadurch nimmt das Volumen auf der Seite der Zuckerlösung zu, auf der Wasserseite ab. In einem geschlossenen System, in dem sich das Volumen nicht verändern kann, verändert sich der osmotische Druck. Die Vorgänge der Osmose findet man auch in Lebewesen. Die Zellmembran stellt hierbei die semipermeable Membran dar. Jeder kennt das Phänomen bei frisch zubereitetem Salat. Nach kurzer Zeit sehen die Blätter welk und lahm aus, währen nicht verwendete Blätter sich nicht verändert haben. Ursache sind Zucker und Salz in der Salatsauce. Ausserhalb der Zellen der Salatblätter ist die Zuckerkonzentration höher als in den Blattzellen. Die Salatsauce ist höher konzentriert als der Zellsaft. Da die Salz- und Zuckerteilchen die Zellwand, aber nicht die semipermeable Membran durchdringen können, findet ein Wasserausstrom aus den Zellen statt. Die Blätter verlieren Flüssigkeit und werden lahm.