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Nachweis der Na+/K+-Pumpe

Messung - Modell 1 - Modell 2 - Kalium-Diffusion - Na/K-Pumpe 1 - Na/K-Pumpe 2 - RP lite - Lernkarten 1 - Lernkarten 2

Hier sehen Sie die Ergebnisse eines berühmten Versuchs, mit dem man nachgewiesen hat, dass Natrium-Ionen aktiv aus der Zelle herausgepumpt werden.

Der Versuch in Einzelschritten

Hier halten wir kurz inne, um die Frage zu beantworten.

Einerseits

könnte dieser Ausstrom von radioaktiven Natrium-Ionen ein aktiver Transport sein. Schließlich herrscht im Außenmedium eine hohe Konzentration an Natrium-Ionen, während die Konzentration im Zellinnern recht gering ist. Es besteht also ein Konzentrationsgradient von innen nach außen. Wenn also Ionen von innen nach außen transportiert werden, gegen das Konzentrationsgefälle, ist das ein aktiver Transport.

Andererseits

könnte es sich auch um einen passiven Transport handeln. Wir müssen nämlich zwischen normalen Natrium-Ionen und radioaktiv markierten Natrium-Ionen unterscheiden. Im Zellinnern befinden sich wesentlich mehr radioaktiv markierte Natrium-Ionen als außerhalb der Zelle, denn in Schritt 3 wurde die Zelle ja in ein Medium überführt, das keine markierten Ionen enthält. Betrachtet man also nur die markierten Ionen, so besteht ein Konzentrationsgradient von innen nach außen, und den Ausstrom von Radioaktivität, den man beobachten kann, könnte das Ergebnis eines passiven Transportes sein.

Fazit

Es gibt Argumente für einen passiven und Argumente für einen aktiven Transport. Eine sichere Entscheidung kann man eigentlich erst dann treffen, wenn man nachweisen kann, dass dieser Transport von Versorgung mit ATP abhängig ist.

Daher schauen wir uns den letzten entscheidenden Schritt des Versuchs an:

Es handelt sich offensichtlich doch um einen aktiven Transport der Natrium-Ionen. Eine reine passive Diffusion könnte man nicht unterbrechen, indem man DNP zufügt.

Der Transport von Natrium-Ionen aus der Zelle heraus ist ein ATP-abhängiger aktiver Bergauftransport, der durch ATP-Hemmstoffe wie DNP gestoppt werden kann.

Der Versuch, Teil 2

Kommen wir nun zu einer Modifizierung des Versuchs. Bisher haben wir nur nachgewiesen, dass der Transport von Natrium-Ionen nach außen aktiv unter ATP-Verbrauch erfolgt. Noch nicht nachgewiesen haben wir, dass die Kalium-Ionen einen entscheidenden Einfluss auf den Natrium-Transport haben.

Dieser Versuch wurde ähnlich durchgeführt wie der eben beschriebene. Allerdings wurde kein DNP zugegeben, sondern nach einer bestimmten Zeit t1 wurden die Kalium-Ionen aus dem Außenmedium entfernt. Zum Zeitpunkt t2 wurde die Nervenzelle dann in ein Außenmedium mit normaler K+-Konzentration überführt.

Hier kann man ganz deutlich sehen, dass die Natrium-Ionen nur dann aktiv aus der Zelle heraus transportiert werden, wenn genügend Kalium-Ionen im Außenmedium vorhanden sind. Betrachtet man sich die Arbeitsweise der Kalium-Natrium-Pumpe, so ist dies auch verständlich. Fehlen die Kalium-Ionen im Außenmedium, so können die entsprechenden Bindungsstellen im Pumpenprotein nicht besetzt werden, und der Pumpenkreislauf kann sich nicht schließen. Die Pumpe wartet "ewig" auf die beiden Kalium-Ionen und kann daher natürlich keine Natrium-Ionen von innen nach außen transportieren.

Der Transport von Natrium-Ionen aus der Zelle heraus ist nicht nur ein ATP-abhängiger aktiver Transport, sondern er kann nur dann funktionieren, wenn im Außenmedium genügend Kalium-Ionen zur Verfügung stehen. Es handelt sich also um einen typischen Gegentransport.

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