Diffusion durch eine vollpermeable Membran

Membranpermeabilität

Als Permeabilität oder genauer Membranpermeabilität bezeichnet man die Durchlässigkeit einer Membran für bestimmte Stoffe (Atome, Ionen, Moleküle). Für verschiedene Stoffe kann ein- und dieselbe Membran unterschiedliche Permeabilitäten besitzen, wie wir auf der letzten Seite gesehen haben.

Eine vollpermeable Membran stellt für die Diffusion von Stoffen kein besonderes Hindernis dar, die Diffusion wird vielleicht etwas verzögert, aber es kommt ganz normal zu einem Konzentrationsausgleich.

Ungehinderte Diffusion durch eine künstliche Membran mit großen Poren
Autor: Ulrich Helmich, Lizenz: siehe Seitenende

In dem Bild oben sehen Sie eine nicht eingeschränkte Diffusion durch eine vollpermeable Membran. Es kommt zu einem Konzentrationsausgleich.

Das rot markierte Teilchen soll demonstrieren, dass eine Diffusion keine Einbahnstraße ist, sondern dass ein Teilchen auch mal wieder auf die andere Seite zurückdiffundieren kann. Schließlich beruht die Diffusion ja auf der zufälligen, nicht-zielgerichteten Bewegung vieler einzelner Teilchen (BROWNsche Molekularbewegung).

Diffusion von zwei verschiedenen Stoffen gleichzeitig durch eine vollpermeable Membran
Autor: Ulrich Helmich, Lizenz: siehe Seitenende

Dieses Bild stellt eine etwas andere Situation dar. Zwei verschiedene Stoffe wurden vermischt und dann in die linke Hälfte eines Gefäßes gegeben. Die rechte Hälfte, die durch eine vollpermeable Membran von der linken Hälfte abgetrennt ist, enthält am Anfang nur das Lösungsmittel (dessen Teilchen ich üblicherweise nicht mit einzeichne).

Die beiden Stoffe diffundieren völlig unabhängig voneinander von links nach rechts, um jeweils einen Ausgleich der Konzentrationsgradienten zu bewirken.

Nein, das ist wieder falsch formuliert. Die Stoffe diffundieren nicht, damit es zu einem Konzentrationsausgleich kommt. Sondern es kommt zu einem Konzentrationsausgleich, weil sich die Teilchen der Stoffe zufällig und nicht-gerichtet unabhängig voneinander bewegen. Immer schön auf Ursache und Wirkung achten! Die BROWNsche Molekularbewegung ist die Ursache, und der Konzentrationsausgleich durch Diffusion die Folge.

In der Natur gibt es keine vollpermeablen Membranen

Wir sehen also, eine vollpermeable Membran verhält sich in Hinblick auf Diffusionsprozesse so, als wäre sie gar nicht vorhanden. Dummerweise gibt es in der Natur so gut wie keine vollpermeablen Membranen, die meisten Zellmembranen lassen nicht alle Stoffe durch, und die Permeabilität für verschiedene Stoffe kann sehr unterschiedlich sein. Dies ist auch sehr wichtig für die Arbeit der Zelle. Das Prinzip der Kompartimentierung hat sich ja in der Evolution durchgesetzt, damit es in der Zelle unterschiedliche "Arbeitsräume" gibt, in denen verschiedene chemische Reaktionen ablaufen können, die sich nicht gegenseitig stören sollen. Wären die Membranen, die diese Reaktionsräume gegeneinander abgrenzen, vollpermeabel, so würden sich die Inhaltsstoffe der Zelle unkontrolliert vermischen, und die chemischen Reaktionen könnten nicht mehr ungestört und kontrolliert ablaufen.