Aufgabe Aquaporine

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Diese Seite ist Teil einer Materialiensammlung zum Bildungsplan 2004: Grundlagen der Kompetenzorientierung. Bitte beachten Sie, dass der Bildungsplan fortgeschrieben wurde.

Lösungsvorschlag Variante 1

Aufgabe 1

Wassermoleküle ordnen sich im Aquaporin-Kanal an. Dieser ist an seiner engsten Stelle gerade so breit, dass ein einzelnes Molekül passieren kann. Die Wassermoleküle bilden Wasserstoffbrücken zu den angrenzenden Aminosäuren aus, so dass die Wasserstoffbrücken zwischen den Wassermolekülen unterbrochen werden können. Hierdurch wird es möglich, dass sich die Wassermoleküle entsprechend ihres Konzentrationsgefälles durch die Pore „schieben.“

Aufgabe 2

Vor der Entwicklung des Simulationsmodells war nicht klar, wie es gelingt, dass die Aquaporine eine so hohe Durchlässigkeit für Wasser, nicht aber für kleine positiv geladene Ionen, insbesondere für Protonen, zeigen. Mit Hilfe der Computersimulation konnten nun die Eigenbewegungen der Wassermoleküle berechnet werden. Aus diesen Berechnungen wiederum ergab sich rechnerisch die Durchflussgeschwindigkeit für das Wasser, welche mit den experimentell ermittelten Daten gut übereinstimmte. Des Weiteren wurde mittels der Simulationen klar, dass ein Springen der Protonen durch eine über die Aquaporine hinweg gebildete Potenzialbarriere verhindert wird.