bookmark_borderTrans­port­ (2)

Teil 3
Wie 'arbei­ten' die in Teil 2 dar­ge­stell­ten Transportmechanismen? 

Dif­fu­si­on
Eine ein­fa­che Defi­ni­ti­on lautet:
Jede Sub­stanz in einer Lösung strebt danach sich im zur Ver­fü­gung ste­hen­den Raum gleich­mä­ßig zu verteilen.

Es han­delt sich dabei um eine rein sta­ti­sti­sche Ver­tei­lung solan­ge kei­ne Ein­wir­kung von Außen statt­fin­det. Dabei tre­ten natür­lich Wech­sel­wir­kun­gen zwi­schen den ver­schie­de­nen Stof­fen auf, beson­ders wenn es sich um ver­schie­den gro­ße Mole­kü­le han­delt. Eine gleich­mä­ßi­ge Ver­tei­lung wird die­se Ver­schie­den­heit nicht behin­dern, höch­stens verzögern.

Osmo­se
Eine gän­gi­ge Defi­ni­ti­on lautet:
Osmo­se ist die Wan­de­rung (Dif­fu­si­on) von Stof­fen durch eine teil­durch­läs­si­ge (semi-per­meable) Mem­bran, die nur für eine defi­nier­te Teil­chen­grö­ße ein­sei­tig durch­läs­sig ist. 

Was­ser und klei­ne­re Teil­chen wan­dern daher vom Ort nie­de­rer Kon­zen­tra­ti­on zum Ort höhe­rer Kon­zen­tra­ti­on, wäh­rend grö­ße­re Teil­chen die Mem­bran nicht über­win­den kön­nen. Sind auf bei­den Sei­ten der Mem­bran glei­che Lösun­gen ent­stan­den dif­fun­diert zwar noch Was­ser hin und her, es besteht jedoch kein 'osmo­ti­scher Druck' mehr.

MERKE:
Streng­ge­nom­men ist die Osmo­se eine Vari­an­te der Dif­fu­si­on, bei der die Teil­chen­grö­ße (anders als bei der frei­en Dif­fu­si­on) bestimmt wel­che Stof­fe über­haupt nur wan­dern können.

Akti­ver Transport
Das wird so beschrieben:
Unter 'akti­vem Trans­port' ver­steht man die Wan­de­rung von Stof­fen (Sub­strat) durch Mem­bra­nen mit Hil­fe von in die­se ein­ge­bet­te­ten Trans­port­me­cha­nis­men.

Sie arbei­ten ener­gie­ver­brau­chend und wer­den daher 'gesteu­ert', kön­nen so aber auch gegen ein Kon­zen­tra­ti­ons­ge­fäl­le trans­por­tie­ren.
Das Öff­nen und Schlie­ßen erfolgt auf der Basis vor­han­de­ner Stoff­kon­zen­tra­tio­nen und die Men­ge der trans­por­tier­ten Stof­fe ist abhän­gig von vor­han­de­ner Ener­gie und der Zahl der arbeits­fä­hi­gen Transportkanäle.

MERKE:
Immer dort, wo Stof­fe ent­ge­gen einem Kon­zen­tra­ti­ons­ge­fäl­le wan­dern müs­sen, kann dies NUR mit Hil­fe des 'akti­ven Trans­ports' geschehen.

Zusam­men­fas­send kann fest­ge­stellt werden:
Dif­fu­si­on und Osmo­se sind pas­si­ve Trans­port­pro­zes­se, dem steht der 'akti­ve Trans­port' als ener­gie­ver­brau­chen­der Mecha­nis­mus der Stoff­ver­tei­lung gegenüber.

- - - 

Die frü­he­re Aus­sa­ge - es gäbe drei Trans­port­pro­zes­se - stellt eine Ver­ein­fa­chung dar die zum bes­se­ren Ver­ständ­nis gemacht wurde.
Fach­krei­se ken­nen noch wei­te­re, kom­ple­xe Transportmöglichkeiten:
Endo­zy­to­se, Exo­zy­to­se, Son­der­fall "erleich­ter­te Dif­fu­si­on".
Eben­so gibt es meh­re­re For­men des 'akti­ven Trans­por­tes', die hier wegen ihrer beson­de­ren Kom­ple­xi­tät und der Not­wen­dig­keit erwei­ter­ten Spe­zi­al­wis­sens nicht näher betrach­tet werden.

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!!
Es folgt "Teil 4", in dem Bei­spie­le für die vor­ge­stell­ten Mecha­nis­men des Stoff­trans­ports auf­ge­zeigt & näher erläu­tert wer­den. Dort wer­den die Infor­ma­tio­nen aus allen bis­he­ri­gen Teilen
Was­ser;
Mine­ral­stof­fe;
Trans­port (1);
Trans­port (2).
zusam­men­ge­führt und ihre Ver­bin­dung zuein­an­der wird betrachtet.

bookmark_borderTrans­port (1)

Teil 2
Wie erfol­gen die Auf­nah­me des Was­sers und der Makro-/Mi­kro­ele­men­te?

In der gesam­ten beleb­ten Umwelt gibt es drei wesent­li­che Pro­zes­se mit deren Hil­fe Sub­stan­zen in Lebe­we­sen hin­ein und aus Lebe­we­sen her­aus beför­dert werden:

  1. Dif­fu­si­on
    Inner­halb der Zel­len wer­den Was­ser und ande­re Sub­stan­zen auf der phy­si­ka­li­schen Grund­la­ge der Dif­fu­si­on bewegt und so ausgetauscht.
  2. Osmo­se
    Zwi­schen Zel­len, zwi­schen ver­schie­de­nen Gewe­ben, und zwi­schen der Umwelt und leben­den Zel­len erfol­gen die Was­ser- und Sub­stanz­ver­tei­lung durch Osmo­se, weil semi­per­meable Mem­bra­nen zu pas­sie­ren sind. 
  3. Akti­ver Trans­port
    Wer­den Stof­fe nicht durch die bei­den vor­her benann­ten Mecha­nis­men aus­ge­tauscht, dann wer­den sie "aktiv", d.h. durch (gesteu­er­te, ener­gie­ver­brau­chen­de) Kanä­le geschleust. In man­chen Fäl­len wer­den Stof­fe zuvor an Trans­por­tei­wei­ße ange­dockt und erst dann kön­nen sie trans­por­tiert werden.
  • Das pas­siert immer dann, 
    • wenn Stof­fe zu 'sper­rig' sind
      (che­misch: stark ver­zweig­te Moleküle),
    • wenn ihr Durch­mes­ser sehr groß ist
      (che­misch: Teil­chen­grö­ße der betei­lig­ten Ato­me, abhän­gig von der Posi­ti­on im Periodensystem),
    • weil sie (star­ke, ungleich ver­teil­te) elek­tri­sche Teilladun­gen haben
      (che­misch: Elek­tro­ne­ga­ti­vi­tät), oder
    • weil sie gegen ein Kon­zen­tra­ti­ons­ge­fäl­le trans­por­tiert wer­den müssen.

Fort­set­zung "Mine­ral­stof­fe (III)" folgt

bookmark_borderMineralstoffe

Teil 1

Wie im Arti­kel vom 13.10.14 mit dem Titel:
"Klei­ner Exkurs: "Was­ser näher betrach­tet""
bereits ange­deu­tet geht es hier um anor­ga­ni­sche Stof­fe. Obwohl die dar­zu­le­gen­den Fak­ten auf die Phy­sio­lo­gie des Men­schen Bezug neh­men sind sie - mit klei­nen Abwei­chun­gen - eben­so für ande­re Lebe­we­sen zutreffend.

Zunächst ein­mal:
Der Begriff "Mine­ral­stof­fe" ist eine Not­lö­sung. Che­misch betrach­tet han­delt es sich um Ato­me / Mole­kü­le die gebun­den oder iso­liert auf der Erde vor­kom­men. Mine­ral­stof­fe sind aber nur sol­che Sub­stan­zen die als "anor­ga­ni­sche Bestand­tei­le der Nah­rung" gelten. 

Davon zu unter­schei­den sind die "Mine­ra­li­en", eine mitt­ler­wei­le ca. 4.000 Stof­fe umfas­sen­de Liste von Ver­bin­dun­gen die in natür­li­cher Form auf der Erde gefun­den wer­den. Sie lie­gen - wie etwa "Dia­mant" - nur in klei­nen Men­gen vor, oder - wie "Stein­koh­le" - in gro­ßen Lage­stät­ten. Mit den Mine­ra­li­en befas­sen sich haupt­säch­lich die Geo­lo­gen, aber auch anor­ga­ni­sche Chemiker.

Kor­rekt müß­te für leben­de Orga­nis­men - wie den Men­schen - fol­gen­der­ma­ßen unter­schie­den werden:

  • Makro­ele­men­te,
  • Mikro­ele­men­te (oder: Spurenelemente)

Als 'Makro­ele­men­te' bezeich­net man

Mikro­ele­men­te oder Spu­ren­ele­men­te sind

* Eisen
Es ist strit­tig wohin Eisen gehört: Makro? oder Mikro?
Man­che Autoren zäh­len es - anders als hier - zu den Makroelementen. 

Es ist hier nicht Gegen­stand der Betrach­tung WOZU all die­se Stof­fe im mensch­li­chen Orga­nis­mus gebraucht wer­den. Das kann der inter­es­sier­te Leser bei WIKIPEDIA nach­le­sen (Links anklicken). Hier soll das WIE erör­tert wer­den, wie also die­se anor­ga­ni­schen Sub­stan­zen in den Kör­per des Men­schen gelan­gen, dort bewegt, gela­gert, und even­tu­ell auch wie­der aus­ge­schie­den werden.

[Fort­set­zung folgt]

bookmark_borderWasser, chemisch & physikalisch

.
Jüngst waren die Eigen­schaf­ten von Was­ser, sei­ne Wan­de­rung in Orga­nis­men und sei­ne Fähig­keit Sal­ze zu 'lösen' Gegen­stand einer Dis­kus­si­on. Da wur­de viel Unfug über die Rol­le des Was­sers und sei­ne Auf­ga­ben im mensch­li­chen Orga­nis­mus ver­brei­tet. Daher will ich in den fol­gen­den Absät­zen ver­su­chen ein wenig Licht ins Dun­kel der Abgrün­de von Unwis­sen­heit, Vor­ur­teil und Falsch­dar­stel­lun­gen zu bringen.

Abbil­dun­gen ["click!" ver­grö­ßert]: Wiki­pe­dia CC-Lizenz

Zunächst ist es wich­tig die beson­de­ren Eigen­schaf­ten des Was­sers herauszustellen: 

  1. 1

    Es han­delt sich um ein 104,5° gewin­kel­tes Mole­kül (sie­he Abbil­dung) aus zwei Ato­men Was­ser­stoff (weiß) in Form von Was­ser­stoff-Ionen (H+) und einem Atom Sau­er­stoff (rot) in Form eines Sau­er­stoff-Ions (O2-).
  2. 1

    Was­ser ist zudem ein "Dipol" (sie­he Abbil­dung). Wegen der stark ver­schie­de­nen Ladun­gen von Sau­er­stoff und Was­ser­stoff ord­nen sich die Ato­me so an, dass das Sau­er­stoff­atom in der Mit­te liegt, die bei­den Was­ser­stoff­ato­me von­ein­an­der ent­fernt auf unter­schied­li­chen Sei­ten des Sau­er­stoff­atoms. So wird die Sei­te auf der die Was­ser­stoff­ato­me lie­gen "+" (posi­tiv gela­den), die abge­wand­te Sei­te dage­gen "-" (nega­tiv geladen).
  3. 1
    Was­ser zer­legt sich unter defi­nier­ten Umstän­den selbst in ver­schie­den gela­de­ne Teil­chen [2 H2O H3O+ + OH-] und ist daher in der Lage als "Lösungs­mit­tel" die Kri­stall­git­ter von Sal­zen auf­zu­lö­sen (sie­he Abbildung).
  4. 1

    Wegen der Wech­sel­wir­kung zwi­schen den gela­de­nen Was­ser­mo­le­kü­len ent­ste­hen zwi­schen ihnen Kräf­te, die in der Lage sind die Was­ser­ober­flä­che zu 'ver­dich­ten' - so ent­steht eine Ober­flä­chen­span­nung die z. B. in der Lage ist Gegen­stän­de zu 'tra­gen'.
  5. Was­ser erreicht sei­ne größ­te Dich­te nicht bei 0°C, son­dern schon bei ca. 4°C - das führt dazu, dass Eis auf dem ('dich­te­ren') Was­ser nied­ri­ge­rer Tem­pe­ra­tur schwimmt, bzw. das Was­ser unter dem Eis nicht in den festen Zustand übergeht.

Man beach­te ins­be­son­de­re
den unter Punkt iii behan­del­ten Sach­ver­halt
:
Die Was­ser­mo­le­kü­le umhül­len die posi­tiv gela­de­nen Ionen (= Ato­me mit Ladung) des Sal­zes (grün, Natri­um, Na) und die nega­tiv gela­de­nen Ionen (blau, Chlo­rid, Cl) - und zwar so, dass die "posi­ti­ve" Sei­te des Was­se­mo­le­küls sich an das nega­ti­ve Chlo­rid­teil­chen, die "nega­ti­ve" Sei­te des Was­ser­mo­le­küls sich an das posi­ti­ve Natri­um­teil­chen legt. 

Das Was­ser - in Form sei­ner ein­zel­nen Mole­kü­le - dringt so zwi­schen die Salz­be­stand­tei­le Na und Cl und löst deren Git­ter­ver­bund auf. Ergeb­nis ist eine "Lösung" aus Was­ser und (Koch-) Salz, im Volks­mund 'Lake'.
Ähn­lich geschieht die­ser Vor­gang natür­lich auch bei ande­ren Sal­zen, und da unser Kör­per im Wesent­li­chen aus Was­ser besteht kann man ihn als "Wäss­ri­ge Lösung" auf­fas­sen. Alle che­mi­schen Pro­zes­se unse­res Orga­nis­mus - mit Sam­mel­be­griff als "PHYSIOLOGIE" bezeich­net - unter­lie­gen daher bestimm­ten che­misch-phy­si­ka­li­schen Bedin­gun­gen, die über­all in der beleb­ten Umwelt gleich ablaufen.

Dar­aus folgt:
Man kann sich kei­ne Abläu­fe "wün­schen" oder etwas "glau­ben" - man muß die zugrun­de lie­gen­de CHEMIE ver­stan­den haben um Pro­zes­se in unse­rem Kör­per zu erklären.

Wie Was­ser & Che­mie miß­bräuch­lich zur Kon­su­men­ten­täu­schung ver­wen­det wer­den → HIER
Weiterlesen/Vertiefen:
- Pola­re Moleküle
- Che­mie: Eigen­schaf­ten des Wassers
- Schü­ler­wis­sen: Eigen­schaf­ten des Wassers
- Wiki­pe­dia: Was­ser

[Fort­set­zung folgt:
- Mine­ral­stof­fe,
- Metho­den der Wissenschaft,
- Was­ser & Sal­ze - Trans­port­pro­zes­se.]