Aufbau und Funktion von Biomembranen
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Biomembranen
Erklärvideo
Zusammenfassung
Aufbau und Funktion von Biomembranen
Das Wichtigste in Kürze
Die Biomembran stellt eine teilweise durchlässige Trennschicht dar, die eine Zelle umgibt (Zellmembran) und vom zelläußeren Milieu abgrenzt. Biomembranen kommen auch in der Zelle vor, um unterschiedliche Reaktionsräume (Kompartimente) im Zellinneren abzugrenzen.
Die Biomembran ist eine dynamische Struktur, die sich vor allem aus Lipiden, Proteinen und Kohlenhydraten zusammensetzt. In der zähflüssigen Lipid-Doppelschicht können sich Proteine frei bewegen, wodurch sich die Membran unterschiedlichen Situationen anpassen kann. Die Struktur einer Biomembran ermöglicht die Abgrenzung eines inneren und äußeren Milieus, wodurch unterschiedliche Reaktionen gleichzeitig stattfinden können. Trotzdem ist die Membran für einige Stoffe durchlässig.
Aufbau
Phospholipide machen den größten Anteil an Lipiden in einer Biomembran aus. Sie bestehen aus einem wasserliebenden (hydrophil) Phosphatteil und zwei wasserabweisenden (hydrophob) Kohlenwasserstoffketten. In einer wässrigen Umgebung wendet sich der hydrophile Kopf dem Wasser zu, während die hydrophoben Kohlenwasserstoffketten Wasser abstoßen und sich nach Innen verlagern. Dadurch lagern sich die Moleküle im Wasser zu einer Lipid-Doppelschicht zusammen.
Cholesterin stellt neben Phospholipiden einen weiteren wichtigen Lipidbestandteil der Biomembran dar. Cholesterin ist zwischen den Phospholipiden der Membran angeordnet und trägt zu derer Stabilität und Flexibilität bei. Bei Kälte verhindert das eingelagerte Cholesterin die Verfestigung der Membran.
Integrale Proteine sind in die Lipid-Doppelschicht integriert und ragen auf Grund ihrer Größe aus der Membran heraus.
Periphere Proteine sind an der Membraninnen- oder außenseite verankert. Membranproteine übernehmen verschiedene Funktionen.
- Kanal-Transportproteine: Stoffaustausch
- Membranrezeptoren: Molekülbindung (z.B. Hormone)
- Ankerproteine: stabilisiert Zellmembran-Cytoskelett-Verbindung
Glykolipide oder Glykoproteine sind kurze Zuckerketten, die mit Lipiden oder Proteinen verbunden an der Membranaußenseite befestigt sind. Die Kohlenhydrate steuern unter anderem Zell-Zell-Erkennungsvorgänge und funktionieren als Rezeptoren für körperfremde und körpereigene Moleküle.
A: Extrazellulärer Raum, B: Zellplasma
1. Lipidmolekül
2. Lipid-Doppelschicht
3. Cholesterin
4. Integrales Kanal-Transportprotein
5. Peripheres Protein
6. Kohlenhydrat gebunden an Lipid (Glykolipid)
7. Kohlenhydrat gebunden an Protein (Glykoprotein)
Funktion
Biomembranen betreiben Stoffaustausch mit ihrer Umgebung und stellen durch die Zellmembran Kontakt zu anderen Zellen her.
Stoffaustausch
Die Lipid-Doppelschicht stellt eine Barriere für die meisten Moleküle dar. Ionen und polare Moleküle können Biomembranen ohne aktive Transportvorgänge nicht passieren. Für Stoffe wie Gase (O2, CO2), unpolare Substanzen und Wasser ist die Membran passierbar.
Zellkontakt
Im Gewebe sind Zellen dicht aneinander geordnet, dies ermöglicht Stabilität und Stoffaustausch zwischen den Zellen. Es gibt unterschiedliche Verbindungen zwischen den Zellen, die einen gerichteten Stoffaustausch ermöglichen.
Zellverbindungstypen
| Zellverbindungstyp | Beschreibung | Ort |
| Gap junctions | Verbindung zwischen Zellen über Kanalproteine, Diffusion von niedermolekularen Substanzen. | Z.B. Nerven- und Muskelzellen |
| Tight junctions | Gürtelartiges Netzwerk aus Membranproteinen, die Gewebszellen in dichte Nähe zueinander "schnüren", ermöglicht gezielten Fluss von Molekülen durch bestimmte Zellen. | Epithelzellen, z.B. Darmepithel |
| Desmosomen | Plattenartige Verdichtungen an seitlichen Wänden von Zellmembranen, Verbindung mit dem Cytoskelett schafft extra Stabilität. | Zellen mit hoher Belastung, z.B. Herzmuskulatur |
Lerne mit Grundlagen
Teil 1
Aufbau und Funktion von Biomembranen
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Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Wie ist die Biomembran aufgebaut?
Lipide, Proteine und Kohlenhydrate machen den Hauptbestandteil einer Biomembran aus.
Was ist die Funktion einer Biomembran?
Biomembranen betreiben Stoffaustausch mit ihrer Umgebung, grenzen ihren Inhalt von dem äußeren Milieu ab und verleihen ihm Struktur und Stabilität.
Was ist eine Biomembran?
Biomembranen sind für bestimmte Stoffe durchlässige Barrieren. Wenn eine Biomembran eine Zelle mit ihrem Zellinhalt nach außen hin abgrenzt wird sie als Zellmembran bezeichnet. Biomembranen kommen aber auch im Inneren einer Zelle vor und grenzen bestimmte Zellkompartimente vom Zellplasma ab, damit unterschiedliche Reaktionen und Vorgänge in den Kompartimenten gleichzeitig stattfinden können.