Aufbau der Biomembran

Biomembran ist eine dünne Schicht, die z. B. einzelne Zellen oder Organe einhüllt oder die Gelenke sowie die nach außen führenden Körpergänge auskleidet. Die Außenmembran der Einzeller und der einzelnen Zellen vielzelliger Lebewesen ist für Ernährung, Atmung und Abfallbeseitigung dieser Zellen von großer Bedeutung. Sie erlauben kleinen Molekülen und Ionen den Durchtritt, nicht aber Proteinen und anderen großen Molekülen.

Eine Biomembran besteht aus einer zähflüssigen Lipiddoppelschicht, in der Proteine
schwimmen. Außerdem besteht sie aus Kohlenhydraten. Man unterscheidet drei verschiedene Stoffklassen:
Membranlipide, Membranproteine und Membrankohlenhydrate.

Membranlipide:
- Lipiddoppelschicht stellt Grundstruktur der Biomembran dar
- Eigenschaften: Stabilität, Flexibilität, Durchlässigkeit
- Zusammenhalt zwischen Molekülen hydrophobe Wechselwirkungen verantwortlich
- Moleküle können sich um eigene Achse und horizontal bewegen

Membranproteine:
- Membranproteine sind in Lipiddoppelschicht eingebettet
- sind größer und weniger beweglich als Lipidmoleküle
- Proteine ungleichmäßig auf Lipidschichten verteilt
- Struktur der äußeren und inneren Membranebene unterschiedlich
- Proteine bestimmen spezifische Funktion der Membranen
- wesentliche Aufgabe von Proteinen: Transport von polaren oder sehr großen Molekülen und Ionen
- Porenproteine sorgen dafür das Öffnungen der Membranen offen bleiben und nicht zufließen
- Transportproteine befördern bestimmte Stoffe durch Membran
- Enzyme beschleunigen Stoffwechselvorgänge in Zelle
- Rezeptoren sorgen für Austausch von Informationen zwischen Zelle und Umgebung
- Eiweißmoleküle mit Signalsequenzen
- werden im Cytoplasma aufgebaut, in Membranen eingeschleust und in speziellen Zellorganellen verändert

Membrankohlenhydrate:
- rund 10% des Trockengewichts ausmachen
- kurze, in der Regel verzweigte Zuckerketten
- sind an Lipid- oder Proteinmoleküle gebunden
- entstehenden Moleküle werden als Glykolipide oder Glykoproteine bezeichnet
- finden sich in der nach außen gerichteten Schicht der Zellmembran
- Zusammensetzung der Kohlenhydrate dient als Erkennungsmerkmal der Zellen
- Bei Erythrocyten Funktion von Antigenen

Elektronenmikroskopische Aufnahmen von Biomembranen lassen einen dreischichtigen Aufbau erkennen: zwei dunkle äußere Schichten und eine mittlere helle Schicht, je ca. 2,5 nm dick.

Beim Flüssig – Mosaik – Modell besteht die Membran aus einer zähflüssigen Lipiddoppelschicht, in der Proteine schwimmen. Dieses Modell wurde als letztes von S.J. Singer und G.L. Nicoloson entwickelt.
Gorter und Grendel extrahierten den gesamten Lipidanteil aus einer bekannten Zahl von Erythrocyten. Die Forscher entschlossen nach einer Entdeckung, dass die Lipide in der Membran als Doppelschicht angeordnet sind. Das entwickeltet Modell ließ jedoch den großen Proteinanteil aller bekannten Biomembranen völlig außer Acht. Das Modell von Davson und Danelli berücksichtigte auch die Proteine. Sie nahmen an, dass die Proteinmoleküle an hydrophilen Außenseiten der Lipiddoppelschicht aufgelagert sind. Das stellte wiederum eine gute Basis um die Eigenschaften von Membranen zu erklären.

Der wichtigste Bestandteil einer Biomembran ist ihre Lipiddoppelschicht, die vor allem die Rolle der passiven Trennschicht erfüllt. Sterole wie das Cholesterin gehen eine hydrophobe Wechselwirkung mit den Lipiden ein und verfestigen die ansonsten flexible Biomembran. Darüberhinaus sind auf und innerhalb der Membran Proteine verteilt, welche die aktiven Funktionen der Membran übernehmen. Die Proteine haben nur eine sehr geringe Stützfuktion der Biomembran, da sie durch die Lipidschichten schwimmen. Je nach Funktion der Biomembran unterscheidet sich sowohl die Zusammensetzung an Lipiden als auch an Proteinen deutlich.

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