Die Biomembran trennt das Zellinnere von der Umgebung. Gleichzeitig muss sie den Austausch von Stoffen ermöglichen, damit die Zelle überleben kann. Dieser Austausch wird als Stofftransport durch die Biomembran bezeichnet.

Im Bio-Abitur gehört dieses Thema zu den wichtigsten Grundlagen der Zellbiologie. Besonders häufig werden dabei Diffusion, Osmose, erleichterte Diffusion und aktiver Transport abgefragt.

In diesem Artikel erfährst du einfach und verständlich:

wie Stoffe durch Biomembranen transportiert werden

was der Unterschied zwischen passivem und aktivem Transport ist

welche Rolle Membranproteine dabei spielen

welche Transportmechanismen du fürs Bio-Abitur kennen musst

Zellen sind keine abgeschlossenen Systeme. Sie müssen ständig Stoffe mit ihrer Umgebung austauschen. 

Wichtige Beispiele sind: 

• Aufnahme von Nährstoffen 

• Aufnahme von Sauerstoff 

• Abgabe von Stoffwechselprodukten 

• Regulation des Wasserhaushalts 

Dieser Austausch erfolgt über die Biomembran, die selektiv permeabel ist. Das bedeutet: Die Membran ist für manche Stoffe durchlässig, für andere nicht. 

Welche Stoffe passieren können, hängt vor allem von folgenden Eigenschaften ab: 

• Größe der Moleküle 

• Polarität der Moleküle 

• Lipidlöslichkeit 

• vorhandene Membranproteine 

Die wichtigsten Transportmechanismen durch Biomembranen sind: 

• einfache Diffusion 

• erleichterte Diffusion 

• Osmose 

• aktiver Transport 

• membrangebundener Transport (Endozytose und Exozytose) 

Die folgende Abbildung zeigt eine Übersicht über verschiedene Transportmechanismen durch die Zellmembran. 

Man erkennt dabei drei zentrale Mechanismen: 

• einfache Diffusion durch die Membran 

• erleichterte Diffusion über Tunnel- oder Carrierproteine 

• aktiver Transport unter Energieverbrauch 

Beim passiven Transport bewegen sich Teilchen ohne Energieverbrauch durch die Membran. 

Die Bewegung erfolgt entlang eines Konzentrationsgefälles. Das bedeutet: Teilchen bewegen sich von einem Bereich mit hoher Konzentration zu einem Bereich mit niedriger Konzentration. 

Passiver Transport umfasst: 

• Diffusion 

• Osmose 

• erleichterte Diffusion 

Diffusion bezeichnet die gleichmäßige Verteilung von Teilchen im verfügbaren Raum. 

Ursache dafür ist die Brownsche Molekularbewegung. Teilchen bewegen sich ständig zufällig und stoßen dabei miteinander zusammen. 

Wenn ein Konzentrationsunterschied besteht, wandern die Teilchen automatisch: 

vom Bereich hoher Konzentration zum Bereich niedriger Konzentration 

Dieser Prozess läuft so lange, bis ein Konzentrationsausgleich erreicht ist. 

Diffusion ist daher: 

• ein passiver Prozess 

• ein physikalischer Vorgang 

• ohne Energieverbrauch 

Die Biomembran besteht aus einer Phospholipid-Doppelschicht mit hydrophobem Inneren. Deshalb können nur bestimmte Stoffe direkt hindurch diffundieren. 

Gut diffundieren können: 

• kleine unpolare Moleküle 

• lipophile Stoffe 

• Sauerstoff 

• Kohlenstoffdioxid 

Schlecht oder gar nicht direkt diffundieren können: 

• Ionen 

• größere Moleküle 

• viele wasserlösliche Stoffe wie Zucker 

Diese Stoffe benötigen spezielle Transportproteine. 

Osmose ist eine besondere Form der Diffusion. 

Dabei handelt es sich um die gerichtete Bewegung von Wasser durch eine selektiv permeable Membran. 

Wasser bewegt sich dabei in die Richtung, in der die Konzentration gelöster Stoffe höher ist. 

Osmose spielt eine wichtige Rolle bei: 

• der Regulation des Wasserhaushalts von Zellen 

• der Aufrechterhaltung des Zellvolumens 

• physiologischen Prozessen in Organismen 

Viele Stoffe können die Membran nicht direkt durchdringen. In diesem Fall helfen spezielle Membranproteine beim Transport. 

Dieser Vorgang wird erleichterte Diffusion genannt. 

Dabei erfolgt der Transport: 

• entlang des Konzentrationsgefälles 

• ohne Energieverbrauch 

• über Transportproteine 

Wichtige Proteintypen sind: 

Tunnelproteine (Kanalproteine)
Sie bilden eine Art Kanal durch die Membran. 

Carrierproteine
Sie binden ein Molekül und transportieren es durch eine Formänderung durch die Membran. 

Beim aktiven Transport bewegen sich Stoffe gegen das Konzentrationsgefälle. 

Das bedeutet: Teilchen werden von einem Bereich niedriger Konzentration in einen Bereich höherer Konzentration transportiert. 

Dieser Vorgang benötigt Energie, meist in Form von ATP. 

Der Transport erfolgt über Carrierproteine, die ihre Form verändern und so Moleküle durch die Membran bewegen. 

Man unterscheidet mehrere Varianten: 

Uniport 

Ein einzelner Stoff wird in eine Richtung transportiert. 

Symport 

Zwei verschiedene Stoffe werden gleichzeitig in die gleiche Richtung transportiert. 

Antiport 

Zwei Stoffe werden gleichzeitig in entgegengesetzte Richtungen transportiert. 

Diese Transportmechanismen sind besonders wichtig für viele Stoffwechselprozesse in Zellen. 

Größere Teilchen oder größere Stoffmengen können nicht direkt durch Membranproteine transportiert werden. Stattdessen nutzt die Zelle Vesikel. 

Dieser Transport wird als membrangebundener Transport bezeichnet. 

Bei der Exozytose werden Stoffe aus der Zelle heraus transportiert. 

Dabei verschmilzt ein Vesikel mit der Zellmembran und entleert seinen Inhalt nach außen. 

Dieser Prozess wird zum Beispiel genutzt für: 

• Sekretion von Hormonen 

• Ausschüttung von Neurotransmittern 

Bei der Endozytose nimmt die Zelle Stoffe aus ihrer Umgebung auf. 

Die Zellmembran stülpt sich dabei nach innen und bildet ein Vesikel, das den Stoff einschließt. 

Dieser Mechanismus ermöglicht die Aufnahme größerer Partikel. 

Der wichtigste Unterschied liegt im Energieverbrauch. 

Passiver Transport: 

• kein Energieverbrauch 

• Transport entlang des Konzentrationsgefälles 

Aktiver Transport: 

• Energieverbrauch (ATP) 

• Transport gegen das Konzentrationsgefälle 

Im Bio-Abitur solltest du besonders folgende Begriffe sicher erklären können: 

• Diffusion 

• Osmose 

• erleichterte Diffusion 

• aktiver Transport 

• Konzentrationsgefälle 

• Tunnelproteine und Carrierproteine 

• Endozytose und Exozytose 

Diese Themen werden häufig mit anderen Inhalten kombiniert, zum Beispiel mit: 

• Aufbau der Biomembran 

• Nervenzellen 

• Wasserhaushalt der Zelle 

Der Stofftransport durch die Biomembran ist ein grundlegender Prozess in allen Zellen. 

Die wichtigsten Transportmechanismen sind: 

• Diffusion 

• Osmose 

• erleichterte Diffusion 

• aktiver Transport 

• Endozytose und Exozytose 

Wenn du diese Mechanismen verstehst, hast du einen wichtigen Teil der Zellbiologie bereits gut vorbereitet.