Membrantransport: Diffusion, Kanäle und Carrier

Mechanismus
Prüfungsrelevanz: hoch

Stoffe passieren die Zellmembran, indem sie sich in ihr lösen, durch Kanäle, über Carrier oder unter Energieaufwand.

Aktualisiert 1 Nov 2026

Auch genannt: Erleichterte Diffusion, Passiver und aktiver Transport

Worum es geht

Die Membran ist eine Lipiddoppelschicht, die Gase und fettlösliche Moleküle leicht passieren lässt, Ionen, Glukose und größere Wassermengen aber zurückhält. Für diese gibt es Proteine: Kanäle (selektive Poren, sehr schnell) und Carrier (sie ändern ihre Form, langsamer und sättigbar). Passiver Transport folgt dem elektrochemischen Gradienten; aktiver Transport erfolgt gegen ihn und benötigt Energie, entweder direkt (ATP) oder von einem anderen Gradienten geliehen.

Wichtige Fakten

Elektrochemischer Gradient = chemischer Gradient (Konzentration) + elektrischer Gradient (Spannung). Für Ionen zählen beide.
Symport: Beide gelösten Stoffe bewegen sich in dieselbe Richtung. Antiport: in entgegengesetzte Richtungen.
Vesikulärer Transport (Endozytose und Exozytose) bewegt große Moleküle und kostet ebenfalls Energie.

Wie es funktioniert, Schritt für Schritt

Der gelöste Stoff erreicht die Membran; wie er sie passiert, hängt von seiner Fettlöslichkeit, Größe und Ladung ab.
Ist er klein und fettlöslich, löst er sich in der Doppelschicht und diffundiert entlang seines Gradienten.
Ist er ein Ion, passiert er einen spezifischen Kanal, solange das Tor offen ist.
Ist er polar und groß (Glukose), bindet er an einen Carrier, der seine Form ändert und ihn auf der anderen Seite freigibt.
Muss er gegen seinen Gradienten, bezieht der Carrier Energie aus ATP oder aus Na⁺, das entlang seines eigenen Gradienten strömt.

Gleichungen

Carriervermittelter (sättigbarer) TransportJ = J_max × C / (K_m + C)

J: Fluss
J_max: maximaler Fluss bei Besetzung aller Carrier
K_m: Konzentration, die die Hälfte des Maximums ergibt

Die einfache Diffusion dagegen folgt J ∝ C (ohne Obergrenze).

Mechanismen im Vergleich

Mechanismus	Energie	Sättigbar?	Beispiele
Einfache Diffusion	Keine (Gradient)	Nein	O₂, CO₂, Steroide, Allgemeinanästhetika
Kanal	Keine (elektrochemischer Gradient)	Kaum	Na⁺-, K⁺-, Ca²⁺-Kanäle; Aquaporine
Erleichterte Diffusion	Keine (Gradient)	Ja	GLUT1–4, Harnstofftransporter
Primär aktiv	Direkt ATP	Ja	Na⁺/K⁺-ATPase, H⁺/K⁺-ATPase, Ca²⁺-ATPase
Sekundär aktiv	Na⁺-Gradient (durch ATP aufgebaut)	Ja	SGLT1/2, NKCC2, Na⁺/Ca²⁺-Austauscher, Na⁺/H⁺-Austauscher

Klinischer Bezug

Glukosurie: Überschreitet der Blutzucker die maximale Kapazität der SGLT im proximalen Tubulus (≈180–200 mg/dL), erscheint Glukose im Urin.
Insulin und GLUT4: Insulin verlagert GLUT4 in die Membranen von Muskel- und Fettzellen; Insulinmangel oder Insulinresistenz verlangsamen die Glukoseaufnahme.
Ischämie: Ohne ATP steht die Na⁺/K⁺-ATPase still, Na⁺ strömt mit Wasser ein und die Zelle schwillt an.

Testen Sie sich

Überlegen Sie die Antwort und tippen Sie dann auf die Frage.

Steigt die Konzentration eines Stoffes stark an, nimmt sein Fluss nicht mehr zu. Um welche Transportart handelt es sich?

Carriervermittelt (erleichtert oder aktiv): Alle Carrier sind besetzt und Jmax ist erreicht. Die einfache Diffusion hat keine Obergrenze.

Wie kann SGLT Glukose in der Zelle anreichern, ohne ATP direkt zu verbrauchen?

Es nutzt die Energie des entlang seines Gradienten einströmenden Na⁺; dieser Gradient wird von der Na⁺/K⁺-ATPase aufrechterhalten, die ATP verbraucht: sekundär aktiver Transport.

Warum braucht O₂ keinen Carrier, Glukose aber schon?

O₂ ist klein und unpolar und löst sich in der Doppelschicht. Glukose ist groß und polar; die Doppelschicht hält sie zurück, daher braucht sie einen GLUT oder SGLT.

Welche zwei Gradienten treiben Na⁺ in eine ruhende Zelle?

Der chemische (≈142 außen, ≈14 innen) und der elektrische (negatives Zellinneres). Beide weisen nach innen.