Table Of Content~Thieme
Endspurt - die Skripten fürs Physikum
Physiologie 1
53 Abbildungen
18 Tabellen
Die Inhalte dieses Werkes basieren überwiegend auf
dem Kurzlehrbuch Physiologie von Jens Huppelsberg
und Kerstin Walter, 3. Auflage, Thieme 2009
Georg Thieme Verlag
Stuttgart · New York
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in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliogra weitern unsere Erkenntnisse. insbesondere was Behandlung und me
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ISBN 978-3-13-153441-5 1 2 3 4 5 6 norar nachträglich gezahlt.
Auch erhältlich als E-Book:
eiSBN (PDF) 978-3-13-166711-3
111
Vorwort
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jeweils ein Skript. Die .,großen" Fächer (Biochemie. Physiologie Fragen stellt, was für Fallstricke Ihnen möglicherweise ge
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IV
ENDSPURT-PHYSIOLOGIE 1
Dieses Skript beginnt mit der allgemeinen Physiologie, der sowie Arbeits-und Leistungsphysiologie. Alle prüfungs-
Zellphysiologie und der Erregung von Zellen, wobei die relevanten Inhalte zu diesen Themengebieten, die das
Neurophysiologie ausführlich in Skript 3 besprochen wird. IMPP seit 2003 im Physikum abgefragt hat, werden in
Es geht weiter mit den Kapiteln zu Blut und Immunsystem. diesem Skript berücksichtigt.
anschließend folgen die Themen Herz. Kreislauf. Atmung
Alle Skripten in der Übersicht
;~
Anatomie 1
Allg. Anatomie, allg. Embryologie, Extremitäten,
Leibeswand
Anatomie 2 •·-1 Chemie
Brust·, Bauch-und Beckeneingeweide
Anatomie 3
Kopf, Hals, ZNS. Sinnesorgane
~
Physiologie 1
Zellphysiologie, Blut. Immunsystem. Herz-Kreislauf
------'-"-··--'' Biologie
System, Atmung
Physiologie 2
Verdauung, Energiehaushalt, Niere, Wasser,
Elektrolyte, Hormone
Physiologie 3
Muskulatur. Nervensystem. Motorik. Sensorik
h~· Histologie
Biochemie 1 ~
Kohlenhydrate, Lipide, Aminosäuren, Peptide,
Proteine
Biochemie 2
Enzyme, Ernährung, Hormone. Organstoffwechsel
Biochemie 3 ...... PsychSoz
Blut, Immunsystem, Molekularbiologie, Zellbiologie
Physik
V
Inhaltsverzeichnis
LERNPAKET 1 3.2.3 EKG-Extremitätenableitungen . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2.4 Verschiedene Lagetypen des Herzens . . . . . . . . . 35
Allgemeine und Zellphysiologie, Zellerregung . 3.3 Herzrhythmus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.1 Stofftransport ......... .................... . 3.3.1 Atrioventrikuläre Leitungsstörungen . . . . . . . . . . 37
1.1.1 Osmose .................................. . 3.3.2 Extrasystolen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.1.2 Diffusion .................................. 2 3.3.3 Flimmern und Flattern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.1.3 Transport durch Membranen . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3.4 Mechanik des Herzens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.1.4 Intrazellulärer Stofftransport . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3.4.1 Herzzyklus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.1.5 Kommunikation von Zellen untereinander 3 3.4.2 Druck-Volumen-Veränderungen
1.1.6 Ionenkonzentrationen und während des Herzzyklus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Gleichgewichtspotenziale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3.5 Regulation der Herztätigkeit,5 . . . . . . . . . . . . . . . 44
1.1.7 Membranpotenzial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3.5.1 Frank-Starling-Mechanismus ................. 44
3.6 Durchblutung und Stoffwechsel des Herzens . . . 47
2 Blut und Immunsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3.6.1 Regulation der Koronardurchblutung . . . . . . . . . 47
2.1 Erythrozyten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3.6.2 Stoffwechsel des Herzens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.1.1 Lebenszyklus der Erythrozyten . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.1.2 Erythrozytenparameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
LERNPAKET 3
2.1.3 Ursachen von Anämien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
'
2.1.4 Blut(körper)senkungsgeschwindigkeit (BSG) . . . 12
2.2 Blutplasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 4 Kreislauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.2.1 Plasmavolumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 4.1 Physikalische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.2.2 Niedermolekulare Bestandteile des Plasmas . . . . 13 4.1.1 Stromstärke des Blutes und Gefäßwiderstand . . 48
2.2.3 Plasmaproteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 4.1.2 Blutströmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.3 Blutstillung, Blutgerinnung und Fibrinolyse . . . . 15 4.1.3 Gefäßwandmechanik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.3.1 Blutstillung (primäre Hämostase) . . . . . . . . . . . . . 15 4.2 Kreislaufsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.3.2 Blutgerinnung (sekundäre Hämostase) . . . . . . . . 16 4.2.1 Funktionelle Anatomie des Gefäßsystems . . . . . 51
2.3.3 Fibrinolyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 4.2.2 Hochdrucksystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.3.4 Gerinnungstests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 4.2.3 Niederdrucksystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.4 Immunsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 4.2.4 Kapillarsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.4.1 Leukozyten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 4.2.5 Stoffaustausch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.4.2 Unspezifische Immunantwort . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4.3 Regulation des Kreislaufs und
2.4.3 Spezifische Immunantwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 der Organdurchblutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.4.4 Hypersensitivitätsreaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . 25 4.3.1 Kurzfristige Blutdruckregulation . . . . . . . . . . . . . 59
2.5 Blutgruppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 4.3.2 Langfristige Blutdruckregulation . . . . . . . . . . . . . 61
2.5.1 ABO-System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 4.3.3 Regulation der Organdurchblutung . . . . . . . . . . . 61
2.5.2 Rhesussystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 4.4 Anpassung des Kreislaufs an besondere
Situationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.4.1 Anpassung des Kreislaufs an Orthostase . . . . . . . 65
LERNPAKET 2 4.4.2 Anpassung des Kreislaufs an körperliche Arbeit . 65
4.4.3 Anpassung des Kr·eislaufs
3 Herz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 an thermische Belastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.1 Die elektrische Erregung des Herzens . . . . . . . . . 28 4.5 Messung von Kreislaufparametern . . . . . . . . . . . . 66
3.1.1 Erregungsentstehung und -ausbreitung 4.5.1 Blutdruckmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
am Herzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 4.5.2 Messung der Blutströmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.1.2 Aktionspotenziale im Herzen . . . . . . . . . . . . . . . . 29 4.5.3 Bestimmung des Herzzeitvolumens . . . . . . . . . . . 67
3.1.3 Elektromechanische Kopplung ............... 31 4.6 Pathophysiologische Veränderungen
3.1.4 Auswirkungen eines gestörten des Kreislaufsystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Elektrolythaushalts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4.6.1 Kreislaufschock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.2 Grundlagen der Elektrokardiografie . . . . . . . . . . . 32 4.7 Fetaler Kreislauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.2.1 Vektortheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4.7.1 Kurzschlüsse im fetalen Kreislauf (Abb. 4.11 a) .. 69
3.2.2 EKG-Kurve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.7.2 Peripartale Kreislaufumstellung (Abb. 4.11 b) ... 69
VI
LERNPAI<ET 4 5.4.2 Parameter zur Überprüfung
des Säure-Basen-Haushalts . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5.4.3 Störungen des Säure-Basen-Haushalts . . . . . . . . . 88
5 Atmung ................................ 71
5.5 Regulation der Atmung unter normalen
5.1 Atemmechanik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
und besonderen Bedingungen . . . . . . . . . . . . . . . 90
5.1.1 Inspiration und Exspiration . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.5.1 Atmungsregulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
5.1.2 Druckverhältnisse in Lunge und Pleura . . . . . . . . 71
5.5.2 Atmung in der Höhe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
5.1.3 Statische Atemvolumina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
5.5.3 Atmung beim Tauchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
5.1.4 Atmungswiderstände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.2 Gasaustausch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 6 Arbeits-und Leistungsphysiologie . . . . . . . . . . 93
5.2.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 6.1 Umstellung bei körperlicher Arbeit . . . . . . . . . . . 93
5.2.2 Ventilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 6.1.1 Metabolische und muskuläre Umstellung
5.2.3 Respiratorischer Quotient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 bei körperlicher Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5.2.4 Diffusion der Atemgase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 6.1.2 Anpassung des Herz-Kreislauf-Systems . . . . . . . . 94
5.2.5 Perfusion der Lunge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 6.1.3 Anpassung des respiratorischen Systems . . . . . . 95
5.3 Atemgastransport im Blut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 6.2 Körperliche Leistungsfähigkeit und Training . . . . 96
5.3.1 Physikalische Löslichkeit und chemische 6.2.1 Leistungsfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Bindung von Gasen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 6.2.2 Leistungsdiagnostik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.3.2 02-Transport im Blut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 6.2.3 Ermüdung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.3.3 C02-Transport im Blut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 6.2.4 Training . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.4 Säure-Basen-Gleichgewicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
5.4.1 Blut-pH-Wert und seine Pufferung . . . . . . . . . . . . 87 Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
1.1 Stofftransport
1 Allgemeine und Zell
Der osmotische Druck steigt proportional zur Anzahl der ge
lösten Teilchen. Für Blutplasma beträgt er 745 kPa.
physiologie, Zellerregung
Wie alle gelösten Teilchen erzeugen auch makromolekulare
Proteine einen osmotischen Druck, den man onkotischen oder
1.1 Stofftransport
kolloidosmotischen Druck nennt (s.S. 14).
1.1.1 Osmose
FAZIT-DAS MÜSSEN SIE WISSEN X
Als Osmose bezeichnet man die Diffusion von Lösungsmittel .. Die Formel für die osmotische Druckdifferenz lautet:
durch eine semipermeable (= halbdurchlässige) Membran, Lm; 0 · R · T ·l:.Cosm
die nur für das Lösungsmittel. nicht aber für die in ihm gelös t:.rr ; osmotische Druckdifferenz
ten Stoffe durchlässig ist. (Da es sich bei dem Lösungsmittel o ; Reflexionskoeffizient
im Körper um Wasser handelt, könnte man Osmose auch mit R ; allgemeine Gaskonstante
"Wasserdiffusion übersetzen.) Die Osmose erfolgt aufgrundvon T ; absolute Temperatur
Konzentrationsunterschieden. Durch Osmose gleicht sich die l:.c0,." ; Osmolaritätsunterschied zwischen beiden Seiten der
Stoffkonzentration auf beiden Seiten der Membran an. Membran
Füllt man die beiden Kammern eines Gefäßes, die durch eine ..J
semipermeable Membran voneinander getrennt sind, mit zwei
unterschiedlich konzentrierten Zuckerlösungen, stellt man Osmolarität und Osmolalität
fest, dass Wasser aus der weniger konzentrierten in die hoch Die Osmolarität (osmol/1) gibt die Anzahl gelöster osmotisch
konzentrierte Lösung strömt. Durch die Volumenverschiebung wirksamer Teilchen pro Volumen Lösungsmittel an, es handelt
steigt der Flüssigkeitsspiegel auf der Seite mit der hochkonzen sich also um eine Stoffmengenkonzentration.
trierten Lösung an und der hydrostatische Druck nimmt zu, Die Osmolalität (osmol kg(H 0J-I) bezieht die Teilchenzahl
2
während der Spiegel auf der Seite mit der geringer konzent dagegen auf die Masse des Lösungsmittels.
rierten Lösung abnimmt. Der hydrostatische Druck wirkt dem
APROPOS
Wassereinstrom entgegen und ist irgendwann gleich groß. so
in stark verdünnten Flüssigkeiten sind Molarität und Molalität bzw. Osmola
dass keine Nettodiffusion von Wasser mehrdurch die Membran rität und Osmolalität nahezu identisch (bei 4 'C 11W asser- 1 kg Wasser). In
stattfindet. höher konzentrierten, physiologischen Flüssigkeiten (z. B. Plasma) kann das
Moleküle oder Ionen. die nicht durch die Membran diffun Volumen der gelösten Stoffe wesentlich zum Gesamtvolumen der Lösung
beitragen. sodass sich Molarität und Molalität bzw. Osmolarität und Osmola
dieren können, ziehen Wasser an und erzeugen so einen Druck.
lität unterscheiden.
der als osmotischer Druck bezeichnet wird. Dieser hängt in
erster Linie von der Anzahl der gelösten osmotisch wirksamen Die Osmolalität hängt außerdem von der Anzahl der Dissoziati
Teilchen ab. Nach van't Hoffund Stavermann gilt: onsprodukte ab: Löst man z. 8. 1mmol Glucose in 1 kg Wasser,
so beträgt die Osmolalität 1 mosmolfkg Hp. Löst man dagegen
tm ; o . R . T ·C.C sm
0 1 mmol NaCI in 1 kg Wasser, so dissoziieren die Elektrolyte in
t.n; osmotische Druckdifferenz 1 mmol Na• und 1 mmol CI-. Die Osmolalität beträgt dann also 2
o; Reflexionskoeffizient mosmolfkg Hp. Wenn der Stoff vollständig dissoziiert, spricht
R; allgemeine Gaskonstante man auch von der idealen Osmolalität.ln höher konzentrierten
T; absolute Temperatur Lösungen dissoziieren schwächere Elektrolyte nur teilweise.
C.cosm; Osmolaritätsunterschied zwischen beiden Seiten der die nichtideale (reale) Osmolalität ist daher kleiner.
Membran Die reale Osmolalität des Plasmas beträgt etwa 290 mosmol/
kg H0. Eine Lösung. die den gleichen osmotischen Druck wie
c ; n (Anzahl gelöster osmotisch wirksamer Teilchen) 2
das Blutplasma erzeugt, wird als isoton bezeichnet. Die Toni
osm m {Masse Lösungsmittel)
zität beschreibt also die Osmolalität einer Flüssigkeit im Ver
Der Reflexionskoeffizient o beschreibt die Durchlässigkeit der gleich zur Osmolalität des Blutplasmas. Ist die Osmolalität ge
Membran für die gelösten Stoffe, er kann zwischen 1 (undurch ringer als die des Plasmas, so handelt es sich um eine hypotone
lässig) und 0 (frei durchlässig) liegeiL Für semipermeable Mem Lösung, ist sie höher. um eine hypertone Lösung.
branen ist o; 1.
2 1 Allgemeine und Zellphysiologie, Zellerregung
1.1.2 Diffusion "'Solvent drag. Entsteht aus osmotischen Gründen ein Was
serstrom. so kann dieses Wasser durch Massenträgheit weitere
Der einfachste Stoffaustauschprozess ist der passive Transport gelöste Teilchen mit sich reißen. Dieses Phänomen bezeichnet
durch Diffusion. Unter Diffusion versteht man den Transport man als solvent drag. Es kommt sich v.a. an relativ durchläs
eines Stoffes aufgrund der zufälligen tl1ermischen Bewegung sigen Epithelien und bei parazellulärem Wasserstrom (z. B. in
(Brown'sche Molekularbewegung) seiner Moleküle oder Ionen. der Niere) vor.
Die Transportrate hängt vom Konzentrationsunterschied des
Stoffes auf beiden Seiten der Membran und von deren Perme Aktiver Transport
abilität für die entsprechenden Teilchen ab. Beschrieben wird Um Stoffe, die nicht durch einen elektrischen Gradienten oder
dies durch das Fick'sche Diffusionsgesetz: Konzentrationsgradienten über die Membran getrieben werden
oder die entgegen eines bestehenden Konzentrationsgradien
!J.c
jct;rr = A· D. fu.Jmol/s] ten bewegt werden sollen, transportieren zu können, muss ak
tiv Energie aufgewandt werden. Der aktive Transport:
jdiff =pro Zeiteinheit transportierte Stoffmenge .,Nettodiffu • unterliegt einer Sättigungskinetik, d. h. die maximale Trans
sionsrate"[mol/s] portkapazität ist begrenzt (da die Zahl der Transportprotei
A =Fläche [m2] ne begrenzt ist),
D = Diffusionskoeffizient [ m2/s] • ist auf Energiezufuhr angewiesen,
!J.c = Konzentrationsdifferenz [mol/m3] • ist mehr oder weniger spezifisch; wenn er für eine ganze
!J.x = Membrandicke [ml Substanzgruppe spezifisch ist, konkurrieren die verschiede
Die Diffusionsrate ist also um so größer, je größer A, D und !J..c, nen Substanzen um den Transport; die Affinität der einzel
und umso kleiner. je dicker die Trennwand !J.x ist. nen Substanzen zum Transportsystem ist i. d.R. unterschied
lich.
1.1.3 Transport durch Membranen Werden zwei oder mehr Substanzen transportiert, unterschei
det man je nach Richtung der Transportprozesses:
Transportprozesse durch die Membran, für die keine eigene • Symport (oder Cotransport): alle Stoffe werden in diesel-
Transportenergie eingesetzt werden muss, nennt man passiven be Richtung transportiert (z. B. Na• -K•-2cl-Symport in der
Transport. Stofftransporte, die unter direktem oder indirektem Henle-Schleife. s. Niere; Na• -Giucose-Symport in den Entero
Energieverbrauch stattfinden. werden als aktiver Transport be zyten),
zeichnet. • Antiport: die Substanzen werden in entgegengesetzte
Richtungen transportiert (z. B. Na• -Ca2• -Antiport. Na• -K•
Passiver Transport ATPase) .
.. Einfache Diffusion. Die einfache Diffusion direkt durch Zell Bei einem elektrogenen Transportprozess werden netto La
membranen kommt nur für sehr kleine oder lipidlösliche Mo dungen über die Membran verschoben. Beispiele dafür sind:
leküle (z. B. 02, C02, N2, Ethanol) in frage. Dabei steigt die Trans • Na•-Glucose-Symport: transportiert 1 Na•. also eine positive
portrate mit zunehmender Konzentration des zu transportie Ladung. nach innen;
renden Moleküls linear (proportional) an. • Na+-1<•-ATPase: 3 Na•-lonen werden aus der Zelle heraus
transportiert, 2 J<+- Ionen in die Zelle hinein; das macht netto
.. Erleichterte Diffusion. Für geladene Teilchen (Ionen) sind die eine positive Ladung nach außen;
Phospholipiddoppelschichten der Zellmembran praktisch un • Na•-ca2•-Antiport des Sarkolemms: 1 Ca2•-ton nach außen
passierbar (impermeabel). Der Transport größerer oder gelade und 3 Na•-Jonen nach innen, also eine positive Ladung nach
ner Teilchen erfordert daher Kanalproteine oder auch spezifi innen).
sche Transportproteine (Carrier). Elektroneutral ist ein Transportprozess. wenn entweder nur
• Kanalproteine sind kleine, in die Zellmembran eingelagerte ungeladene Teilchen transportiert werden oder wenn gleich
Proteine, die Kanäle oder Poren (lonenkanäle) ausbilden, viele .,Ladungen" die Zelle verlassen wie hineinwandern:
durch die die entsprechenden Teilchen entlang ihres Kon • Na•-H•-ATPase.
zentrationsgradienten wandern können. • Glucosetransport durch GLUT.
• Carrier binden an die zu transportierende Substanz, der
Transport erfolgt aber dennoch passiv enrlang des Gradi ... Primär-aktiver Transport. Wird für einen Transportprozess
enten. Beispiele sind J<•-. Na•-oder Ca2•-Kanäle und Gluco direkt ATP verbraucht. handelt es sich um einen primär-aktiven
setransporter (GLUTs) (so nehmen z. B. Skelettmuskel-und Transport. Das Transportprotein ist eine ATPase, spaltet also di
Fettzellen Glucose durch carriervermittelte Diffusion über rekt ATP, und erbringt mithilfe der so gewonnenen Energie die
GLUT4 auf und auch die Blut-Hirn-Schranke überwindet Pumpleistung.
Glucose passiv über Carrier). Wie bei der einfachen Diffusion Den wichtigsten primär-aktiven Transportprozess leistet die
muss der Körper keine Energie für den Transport aufwen ubiquitär vorkommende Na+-J<•-ATPase. Sie ist für die Aufrecht
den. sondern der Konzentrationsgradient ist die treibende erhaltung der Na•- und 1<•-lonenkonzentrationen intra- und
Kraft. extrazellulär verantwortlich und so auch an der Aufrechterhal
Da die erleichtei'te Diffusion auf die Kanal-oder Carrierproteine tung des Membranpotenzials (s.S. 6). Die Na•-1<•-ATPase bindet
angewiesen ist und diese nur in begrenzter Zahl zur Verfügung ATP, das sie in das energieärmere ADP und anorganisches Phos
stehen. weist sie eine Sättigungskinetik nach Michaelis-Menten phat (P;) spaltet. die dabei freiwerdende Energie wird für den
auf. Ionentransport eingesetzt. Die Ionen. die durch Diffusion in die
Zelle gelangen und die bestehenden J<onzentrationsunterschie-
1.1 Stofftransport 3
de sonst schnell ausgleichen würden, werden auf diese Weise 1.1.6 Ionenkonzentrationen und
aktiv wieder zurückgepumpt Gleichgewichtspotenziale
Weitere wichtige ATPasen sind die Ca2•-ATPasen von en
doplasmatischem Retikulum und Plasmamembran. die H•-K• Ionenkonzentration im Intra-und Extrazellulärraum
ATPasen der Belegzellen im Magen und der renalen Sammel Grundlage für elektrische Vorgänge an Zellen ist die Ungleich
rohre sowie die W-ATPase der Lysosomen. verteilung von Ionen und Ladungen zwischen Intra-und Extra
zellulärraum (Tab. 1.1). An der Aufrechterhaltung dieser Kon
APROPOS
zentrationsunterschiede, die sich bei freier Diffusion schnell
Na'-K•-Pumpen können durch Herzglykoside (z. B. Digitoxin. Strophantin)
reversibel gehemmt werden. Diese Substanzen binden an die Na'-K' ausgleichen würden, sind verschiedene Mechanismen beteiligt
abhängige AlPase und blockieren so den Transport. Als Folge steigt die (Abb. 1.1):
intrazelluläre Na'-Konzentration an. Na' wird über einen Na'-Ca2'-Antiport • die Na•-K•-ATPase. die aktiv K•-lonen in die Zelle hinein und
aus der Zelle geschleust. Der intrazelluläre Ca2'-Gehalt nimmt zu und die Na• -Ionen aus der Zelle hinauspumpt (s_ o.).
Kontraktionskraft des Herzmuskels erhöht sich (s. a. S. 31 ).
• die selektive Ionenleitfähigkeit der Membran.
• Sekundär-aktiver Transport. Wird für einen Transportprozess
APROPOS
nicht direkt ATP verbraucht. sondern unter Energieverbrauch
Die extrem niedrige intrazelluläre Ca2'-Konzentration ist die Voraussetzung
aufgebaute Konzentrationsgradienten als treibende Kraft ge I für die Nutzung von Ca2'-lonen als intrazellulären Botenstoff.
nutzt. spricht man von einem sekundär-aktiven Transport. Im
{LERNTIPP ,. - , - - ' !
Darm und in den Nierentubuli wird z.B. ein Na•-Ionengradient
genutzt, der durch eine Na•-I<•-rumpe aufgebaut wurde, um ln der Prüfung werden Sie möglicherweise nur nach der Rei
Glucose und Aminosäuren gegen ihren Konzentrationsgradien henfolge der extra-oder intrazellulären Ionenkonzentrationen
ten im Cotransport mit Na+ in die Zelle zu transportieren. gefragt und nicht nach den absoluten Werten. Damit Sie in der
Kürze der Zeit nicht wild sortieren müssen, ist es hilfreich, sich
die Reihenfolge einzuprägen:
1.1.4 lntrazellu lärer Stofftransport
.. intrazellulär absteigend (mmol/1): K' > Mg2' > Na• > HCo3->
Für den intrazellulären Tt·ansport werden Substanzen in Vesikel CI-> Ca2'
verpackt und entlang des Zytoskeletts transportiert. Dazu ge • extrazelluläre absteigend (mmol/1): Na' > Cl-> HC03-> K' >
hört z. B. der axonale Transport in Nervenzellen oder der Trans Ca2' > Mg2•
port von Substanzen, die sekretiert werden. Diese Vorgänge Dennoch sollten Sie die absoluten Konzentrationen der wichtigs
werden in der Biologie besprochen. ten Ionen, die in Tab. 1.1 aufgeführt sind, kennen.
1.1.5 Kommunikation von Zellen
untereinander Tab. 1.1 Durchschnittliche Ionenkonzentrationen
extrazellulär Intrazellulär Konzentrations-
Die Kommunikation zwischen Zellen. Zellverbänden und Or
(mmol/1) (mmolfl) verhältnis
ganen im Organismus kann zum einen über spezifische Bo
tenstoffe (z.B. Hormone) erfolgen, die über das Blut und über Na' 145 12 12:1
Diffusion zu ihren Zielzellen gelangen. Zellen kommunizieren K• 5 155 1:30
aber auch über Änderungen des Membranpotenzials, entwe
(a2• 2 0,0001- 2x104-2x
der über chemische Synapsen oder über direktes Übergreifen 0,00001 (bis 10-8) 105:1
der Erregung benachbarter Zellen durch Gap junctions (s. S. 28).
Mg2• 15 1:15
Gap ]unctions verbinden das Zytoplasma benachbarter Zellen
miteinander und erlauben den Austausch kleinerer Moleküle Cl- 120 4 30:1
wie Glucose aber auch größerer Signalmoleküle zwischen den HC0 - 27 8 3,5:1
3
Zellen. Bei einer Zellschädigung ist es wichtig, die Durchläs
.. große 155
sigkeit der Gap junctions zu kontrollieren. Daher können Gap
Anionen"'
junctions wahrscheinlich durch Erhöhung der intrazellulären
• Anionen sind negativ geladen, Kationen positiv.
W-Konzentration verschlossen werden.
FAZIT- DAS MÜSSEN SIE WISSEN .X EJ 0 @ [±]
• Skelettmuskelzellen nehmen Glucose passiv über carrierver 0 @ @ 9
mittelten Transport auf. (§)
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9
• Die Na•-K•-ATPase transportiert 3 Na'-lonen aus der Zelle
heraus und 2 K'-lonen in die Zelle hinein. (§) 0 9 @
• Der durch die Na•-K•-ATPase vermittelte Transport ist elekt (@
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rogen. @ 9
@
• Gap ]unctions erlauben den Austausch von kleineren Mole 3Na+
0 0
külen zwischen benachbarten Zellen. (@
9
• Gap junctions werden durch einen Anstieg der intrazellulä
ren H•-Konzentration verschlossen.
Abb. 1.1 Ionenverteilung im Intra-und Extrazellulärraum und Trieb
kräfte. die auf die einzelnen Ionen wirken. (Pror-=Proteine und andere
große Anionen).
