Ionen in der Nervenzelle
AFB I–IIIn einer Nervenzelle des Tintenfischs misst man innen 50 mmol/L Na⁺ und 400 mmol/L K⁺, außen 440 mmol/L Na⁺ und 20 mmol/L K⁺.
- Gib für Na⁺ und K⁺ jeweils die Richtung des Konzentrationsgefälles an.
- Beschreibe die Arbeitsweise der Natrium-Kalium-Pumpe.
- Erkläre, warum Ionen trotz des Gefälles die Membran nur über Proteine passieren.
- Begründe, warum eine Nervenzelle einen großen Teil ihres ATP für diese Pumpe verbraucht.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Na⁺: von außen (440) nach innen (50). K⁺: von innen (400) nach außen (20).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Die Pumpe bindet innen 3 Na⁺, spaltet ATP zu ADP und Phosphat, ändert ihre Form und gibt die Na⁺ außen ab; dann bindet sie außen 2 K⁺ und gibt sie innen ab. Beide Ionen werden gegen ihr Gefälle transportiert.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Ionen sind geladen und von einer Wasserhülle umgeben; das unpolare Innere der Lipiddoppelschicht lässt sie praktisch nicht durch. Sie brauchen Kanäle, Carrier oder Pumpen.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Über Kanäle strömen ständig Na⁺ hinein und K⁺ hinaus; die Gefälle würden sich ausgleichen. Nur die Pumpe hält sie unter ATP-Verbrauch aufrecht — und die Gefälle sind die Voraussetzung für die Arbeit der Nervenzelle.
Aufnahme von Glucose
AFB II–IIIRote Blutzellen werden in Lösungen mit verschiedener Glucosekonzentration gegeben; man misst die Aufnahmerate. In einem zweiten Ansatz gibt man einen Stoff hinzu, der die ATP-Bildung blockiert.
| Glucose außen in mmol/L | 1 | 2 | 5 | 10 | 20 | 40 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Aufnahme (relativ) | 17 | 29 | 50 | 67 | 80 | 89 |
| mit ATP-Blocker | 17 | 29 | 50 | 67 | 80 | 89 |
- Beschreibe die Messwerte.
- Deute die Form der Kurve.
- Begründe mit dem zweiten Ansatz, um welche Transportform es sich handelt.
- Entwickle eine Hypothese, wie die Kurve für O₂ aussähe, und begründe sie.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Die Aufnahme steigt mit der Konzentration, zuerst stark, dann immer schwächer; sie nähert sich einem Höchstwert (etwa 100). Mit ATP-Blocker sind die Werte gleich.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Die Kurve zeigt Sättigung: Die Glucose wird über eine begrenzte Zahl von Carriern aufgenommen; sind alle besetzt, steigt die Rate nicht weiter.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Der ATP-Blocker ändert nichts: Der Transport braucht kein ATP. Zusammen mit der Sättigung ergibt das erleichterte Diffusion über Carrier (passiv, mit dem Gefälle).
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Hypothese: Für O₂ steigt die Aufnahme proportional zur Konzentration, ohne Sättigung, weil O₂ als kleines unpolares Molekül direkt durch die Lipiddoppelschicht diffundiert und keine begrenzte Zahl von Transportproteinen nötig ist.