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# 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

## Das Wichtigste

- Einfache Diffusion: O₂, CO₂, N₂, Alkohol, Steroidhormone; sättigt nicht und steigt linear mit dem Gradienten.
- Erleichterte Diffusion (GLUT): passiv, aber sättigbar, mit einer Maximalrate (Tmax), Spezifität und Konkurrenz.
- Primär aktiv: nutzt ATP direkt (Na⁺/K⁺-ATPase). Sekundär aktiv: nutzt den Na⁺-Gradienten (SGLT, Na⁺/Ca²⁺-Austauscher).
- Kanäle sind tausendfach schneller als Carrier, und Tore (Gates) steuern ihre Öffnung.
- Wasser passiert über Aquaporine; ADH bestimmt, wie viele davon im Sammelrohr sitzen.

## 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) Transport**J = Jmax × C / (Km + 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.

## Merkhilfe

Lösen, schlüpfen, tragen oder schieben: Doppelschicht, Kanal, passiver Carrier und aktive Pumpe.

## 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.

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Quellen: [Physiology, Active Transport](https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK547718/) (StatPearls (NCBI Bookshelf), 2022).

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