Die Struktur und Funktion der Zellmembran

Nov 8, 2024

Zellmembran

Definition

  • Zellmembran, auch bekannt als Membrana cellularis, Zytomembran, Plasmamembran oder Plasmalemma.
  • Biomembran, die das Zellinnere umschließt und abgrenzt, um das innere Milieu aufrechtzuerhalten.

Struktur

  • Besteht aus einer Lipiddoppelschicht (zweilagige Schicht von Lipiden) und verschiedenen Membranproteinen (peripher, integral oder transmembranal).
  • Hydrophile (wasserlösliche) Pole bilden die innere und äußere Zellmembranoberfläche.
  • Hydrophobe (wasserabweisende) Pole sind zum Membranzentrum gerichtet.
  • Semipermeabel, abhängig von Größe, Fettlöslichkeit und Ladung der Stoffe.

Funktionen

  • Grenzt den Cytoplasmaraum einer Zelle gegen den Extrazellulärraum ab.
  • Ermöglicht Stoffaustausch mit der Umgebung.
  • Wesentliche Rolle bei Zell-Zell-Kontakten, Zell-Matrix-Verbindungen, Signalübermittlungen, Zellwanderungen und Zellformänderungen.
  • Bei Prokaryoten: Ort der Photosynthese und chemotrophen Energiegewinnung.

Komponenten

  • Lipide:
    • Hauptbestandteile: Phospholipide (Phosphatidylcholine, Phosphatidylethanolamine, Phosphatidylserine, Phosphatidylinositole).
    • Sphingomyelin, Sphingolipide, Sterine (z.B. Cholesterin).
    • Unterschiedlich in Kopfgruppe, Sättigungsgrad und Kettenlänge.
    • Modifizierte Glykolipide.
  • Proteine:
    • Spezifische Membranproteine auf Außen- oder Innenseite.
    • Transmembranproteine wie Zelladhäsionsmoleküle, Ionenkanäle, Rezeptoren.
    • Membranproteine kennzeichnen Zellfunktion.

Oberflächenstrukturen

  • Glykokalyx:
    • Antennenförmige Zuckerketten von Glykoproteinen und Glykolipiden.
    • Schützt Zelle und vermittelt Zell-Zell-Interaktionen.

Transportmechanismen

  • Passiver Transport:
    • Ionenkanäle für passiven Transport entlang elektrochemischer Gradienten.
    • Aquaporine für Wasserspezifische Kanäle.
  • Erleichterte Diffusion:
    • Transporter/Carrier für hydrophile Moleküle.
    • Konformationsänderung in Transportproteinen.
  • Aktiver Transport:
    • Primär aktiver Transport durch Pumpen (z.B. Natrium-Kalium-Pumpe).
    • Sekundär aktiver Transport durch Cotransporter (Symport, Antiport).

Besondere Strukturtypen

  • Lipid Rafts:
    • Domänen angereichert an bestimmten Membranproteinen.
    • Rolle im Clustern von Membranproteinen bei Signalkaskaden.

Evolutionäre Aspekte

  • Entwicklungsgeschichtliche Ursprünge bei alkalischen Hydrothermalquellen vermutet.
  • Unterstützt durch aktuelle Forschungsergebnisse (Stand: 2024).