Zellmembranen
PharmaWikiZellmembranen sind die dünnen äusseren Hüllen, welche die Zellen aller Lebewesen umschliessen und von der Umgebung abgrenzen. Sie bestehen hauptsächlich aus Phospholipiden, weiteren Lipiden und aus Proteinen. Zellmembranen organisieren die Zelle und bilden eine selektiv durchlässige Grenze zur Aussenwelt. Sie sind für jedes Leben auf Erde essenziell. synonym: Lipid bilayer, Plasmamembranen, Membranen, Cell membranes
Aufbau von ZellmembranenDie Lebewesen auf der Erde sind aus Zellen aufgebaut. Entweder aus einer einzelnen, aus mehreren oder wie der Mensch aus Billionen von ihnen. Zellmembranen sind die Hülle, welche die Zellen nach aussen begrenzen. Sie sind nur etwa 6 nm bis 10 nm dick.
Die zahlenmässig wichtigsten Grundbausteine der Zellmembranen sind die Phospholipide (Glycerophospholipide). Sie bestehen aus einem Diglycerid (Glycerol und zwei Fettsäuren), einer Phosphatgruppe und einem Alkohol wie Cholin, Serin, Ethanolamin und Inositol, welche miteinander verestert sind.
Phospholipide sind amphiphil, d.h. sie haben sowohl polare als auch lipophile Strukturanteile. Es wird zwischen einem polarem / ionischen „Kopf“ mit dem Alkohol, dem Glycerol und dem Phosphat und einem lipophilen „Schwanz“ mit den Fettsäureketten unterschieden.
Die Phospholipide bilden spontan Doppelschichten (Lipid bilayer) aus, bei welchen die polaren Köpfe nach aussen und die Schwänze nach innen gerichtet sind. Zellmembranen haben also innen fett- und aussen wasserliebende Eigenschaften. Sie formen Hohlkugeln, die als Liposomen bezeichnet werden. Die spontane Bildung wird als Self-Assembly bezeichnet und ist eine Folge der hydrophoben Wechselwirkungen der Fettsäureketten. Es handelt sich um ein Beispiel einer Emergenz.
Struktur einer Zellmembran, zum Vergrössern anklicken. Illustration © PharmaWiki
Neben den Phospholipiden kommen in der Membran zwei weiteren Gruppen von Lipiden vor, nämlich Steroide wie Cholesterol in tierischen Zellen sowie die Sphingolipide. Ihr Anteil ist viel geringer als derjenige der Phospholipide. Auch diese zwei Gruppen haben lipo- und hydrophile Komponenten.
Es wird also deutlich, dass Fette (Lipide) im Körper trotz ihres schlechten Rufs eine entscheidende Rolle spielen. Wichtig ist, dass im Rahmen einer gesunden Ernährung pflanzliche Fette und fette Öle konsumiert werden sollen.
In die Membran sind Proteine eingebettet, die sogenannten Membranproteine. Sie dienen unter anderem der Kommunikation mit anderen Zellen und dem Organismus. So binden etwa kleine Moleküle am extrazellulären Anteil an die Proteine und führen durch eine Konformationsänderung des Proteins zur Weiterleitung von Signalen in das Zellinnere. Transporter und Kanäle sind spezialisierte integrale Membranproteine, welche für den Transport von Stoffen in und aus der Zelle verantwortlich sind.
Neben den integralen Membranproteinen gibt es auch Vertreter, die in der Membran verankert oder lose mit ihr verbunden sind.
Membranproteine sind häufig glykosyliert, d.h. sie sind gegen aussen mit verschiedenen Zuckerresten (Kohlenhydraten) substituiert. Sie werden deshalb auch Glykoproteine genannt. Die Glycocalyx ist die Gesamtheit der Zuckerreste, welche eine Zelle umgibt.
Stoffe können Membranen zusätzlich auch passiv diffundieren und die Membran kann sich zu kugelförmigen Vesikeln abschnüren, die ebenfalls Substanzen nach innen und aussen transportieren.
Zellmembranen zeichnen sich durch ihre Fluidität aus. Ihre Viskosität ist mit derjenigen eines dünnen Öls vergleichbar. Gleichzeitig ist die Beweglichkeit der Membranbestandteile auch eingeschränkt, unter anderem aufgrund des Zytoskeletts.
Im Unterschied zu den Menschen und anderen Tieren verfügen Pilze, Pflanzen, Bakterien und Archaeen zusätzlich über eine rigide Zellwand, welche eine weitere Stabilität und einen Schutz gegen unerwünschte Stoffe und Erreger vermittelt.
FunktionenZellmembranen grenzen das Zellinnere als Hülle von der Aussenwelt ab und schaffen ein Milieu, dass für den Stoffwechsel ideal ist. Sie organisieren die Zellorganellen und sorgen dafür, dass die Stoffe in einer ausreichenden Konzentration vorhanden sind, wodurch chemische Reaktionen begünstigt werden.
Die Membranen bilden eine selektive Barriere, welche verhindert, dass Krankheitserreger und unerwünschte Substanzen in das Innere gelangen. Gleichzeitig sorgt ein effizienter Stofftransport dafür, dass erwünschte Stoffe in beide Richtungen passieren.
Die Membran ermöglich zusammen mit den Proteinen und den Kohlenhydraten die Erkennung und die Wechselwirkung zwischen Zellen.
Die spezialisierten Nervenzellen können mithilfe der Membran und der darin enthaltenen Ionenkanäle elektrische Signale leiten, was die Grundlage für das Nervensystem darstellt.
Darüber hinaus finden an Membranen auch biochemische Reaktionen statt, welche von Enzymen katalysiert werden.
siehe auchZellen, Phospholipide, Lipide, Cholesterol, Emulgatoren, Osmose, Transporter, Ionenkanäle
Literatur- Fachliteratur
- Lehrbücher der Biologie
- Vögtli A., Ernst B. Moderne Pharmakokinetik. Transport durch Membranen. Weinheim: Wiley-VCH, 2010
Interessenkonflikte: Keine / unabhängig. Der Autor hat keine Beziehungen zu den Herstellern und ist nicht am Verkauf der erwähnten Produkte beteiligt.