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 2

Aufgabe 1

Die Geschwindigkeit des Wassertransports ist in bestimmten Zellen höher als durch einfache Diffusion zu erwarten ist. Es gibt spezielle Transportproteine, die Kanäle bilden (cryoelektronenmikroskopische Messungen, Röntgenstrukturanalyse). Die Kanäle bilden eine Engstelle in der Mitte mit bestimmten Aminosäuren, die spezielle Funktionen haben (Elektronenkristallographie).

Aufgabe 2

H-Brücken werden von allen Wassermolekülen untereinander gebildet. Protonen können über diese H-Brücken des Wassers „springen“ und damit transportiert werden.

Aquaporine ermöglichen Wassermolekülen den Transport, Protonentransport wird verhindert. Der Wassertransport wird ermöglicht durch eine kurzzeitige Auflösung der H-Brücken an der Engstelle und Bildung von H-Brücken mit Asparaginmolekülen. Protonen können die Engstelle nicht passieren, da sie nicht mit den Asparaginmolekülen in Wechselwirkung treten können, da sie von einer Hydrathülle umgeben sind. Die Bildung und Lösung der H-Brücken zwischen Wasser und Asparagin erfordert wesentlich weniger Energie als bei Protonen. Durch die Unterbrechung der H-brücken zwischen den Wassermolekülen ist ein schnelles Passieren der Engstelle möglich.

Aufgabe 3

Computersimulation lassen eine Beobachtung der Bewegung einzelner Moleküle zu (im Elektronenmikroskop nicht möglich). Die Bewegungen können berechnet werden. Berechnete Bewegungen können mit den gemessenen Durchflussgeschwindigkeiten verglichen werden.

Hilfe

In der Grafik sind die Wasserstoffatome der Aminosäuren nicht eingezeichnet.
Schülerinnen und Schüler, die Probleme mit der Darstellung des Kugelmodells haben, können die folgende Grafik als Hilfe erhalten.

Aquaporin

Quelle Abbildung: ZPG Biologie, verändert nach A. Meisert
MNU 07 Jahrgang 62, Oktober 2009, S. 429