Auflösung des schnellen Schaltens bei Patch-Clamp Untersuchungen

Kapitel 2: Biologische Grundlagen und Patch-Clamp-Technik
2.1.2 Membran-Transport-Klassifizierung
Ionentransportprozesse können in verschiedene Gruppen eingeteilt werden, die sich durch die
Energiequellen für den Transport unterscheiden.
a) Passiver Transporter: Er ermöglicht den Transport von Ionen entlang eines Gradienten.
Die Triebkraft ist die Potentialdifferenz plus der Nernstspannung des Ions.
b) Pumpen: Sie können unter Aufwendung chemisch gespeicherter Energie Ionen gegen
Konzentrations- oder Potentialgradienten transportieren. Bei der Hydrolyse von ATP in ADP
wird eine Energie pro Molekül von ca. 450 meV frei, die für den Transport durch die
Membran benutzt wird (Hansen et al., 1981; Bowman und Bowman, 1986; Serranno, 1988).
c) Cotransporter: Sie transportieren eine Ionenart passiv durch die Membran, und die
gewonnene Energie wird für den Transport anderer Ionen verwendet. Der Transport beider
Ionenarten in die gleiche Richtung wird als Symport bezeichnet, in entgegengesetzter
Richtung als Antiport (Sanders et al., 1984). Der Gradient für das antreibende Ion wird
meistens durch Pumpen erzeugt.
2.1.3 Kanäle und Carrier
Neben der Klassifizierung nach der Energieversorgung gibt es eine nach dem
Mechanismus. Hier gibt es zwei Modelle für die Beschreibung der Transportmoleküle: Kanal
und Carrier.
Kanäle können als wassergefüllte Poren betrachtet werden, die die Lipiddoppelschicht
überbrücken (Fig. 2.1). Ihre Transportrate beträgt etwa 10 7 (Moleküle oder Ionen) pro
Sekunde (Läuger, 1980). Der Kanal kann sich öffnen und schließen, was mit Hilfe der Patch-
Clamp-Technik beobachtet werden kann (Abschnitt 2.2).
Carrier sind lipidlösliche Moleküle, die sich innerhalb der Membran frei bewegen und die
Ionen im Huckepackprinzip von einer Seite der Membran auf die andere schleusen. Sie
erreichen Transportraten von 10 2 bis 10 4 Molekülen oder Ionen pro Sekunde (Läuger, 1980).
Carrier sind auf molekularer Ebene noch nicht als intrinsische Membranproteine
gefunden worden. Deshalb werden viele Transporter, die früher als Carrier bezeichnet
wurden, heutzutage als Kanäle betrachtet. Carrier sind bisher nur bei biologischen
Kampfstoffen wie Valinomycin, die Pilze gegen Bakterien verwenden, nachgewiesen worden
(Mueller und Rudin, 1967).
2.1.4 Chara corallina
Chara corallina ist eine Süßwasseralge aus der
Familie der Characeen. Sie besteht aus Axialzellen
und Internodialzellen (Fig. 2.2). Die
Internodialzellen, die eine Länge bis zu 10 cm und
einen Durchmesser bis zu 1.2 mm haben, sind für
die elektrophysiologische Untersuchung von
Bedeutung. Die Internodialzelle besteht
hauptsächtlich aus der Vakuole, die vom
Tonoplasten begrenzt ist.
Aus Chara lassen sich sehr leicht
Protoplasmatropfen isolieren. Sie bilden sich am
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Fig.2.2: Chara corallina.