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BiomembranBiomembranen dienen als Trennschicht (Membranen) zwischen verschiedenen Bereichen innerhalb einer lebenden Zelle oder auch zwischen dem Inneren einer Zelle und dem Zellaußenraum (im Falle der Zellmembran). Innerhalb der Zelle trennen Biomembranen das Innere von Organellen oder Vakuolen vom Cytoplasma. Eine Biomembran ist jedoch nicht nur eine passive Trennschicht, sondern sie spielt eine aktive Rolle beim Transport von Molekülen und Informationen von einer Seite zur anderen. Weiteres empfehlenswertes Fachwissen
AufbauDer 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 Stützfunktion 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. In bestimmten Arten von Zellorganellen (Zellkern, Mitochondrium, Plastid) treten Biomembranen als Doppelmembran auf. LipiddoppelschichtDie Lipiddoppelschicht besteht größtenteils aus amphiphilen Phospholipiden, die eine hydrophile Kopfgruppe und eine hydrophobe Schwanzgruppe (meistens Kohlenwasserstoffketten) besitzen. In Wasser bildet sich eine Doppelschicht, bei der die hydrophoben Schwänze nach innen und die hydrophilen Köpfe nach außen zeigen. Wegen des hydrophoben Kerns ist eine solche Lipiddoppelschicht nahezu undurchlässig für Wasser und wasserlösliche Moleküle, gleichzeitig aber sehr flexibel und mechanisch schwer zu zerstören. Aus diesem Grund hinterlässt selbst ein Einstich mit einer Pipette kein Loch in der Membran. Dafür kann sie durch Lipidlösungsmittel und Lipasen zerstört werden. Die Lipiddoppelschicht einer Biomembran ist normalerweise flüssig, d.h. die Lipide und Proteine sind in der Ebene der Membran recht beweglich. Ein Austausch von Lipiden zwischen den beiden Schichten oder gar ein Lösen eines Lipids von der Membran ist jedoch sehr selten. Eine gezielte Bewegung von einer Membranseite zur anderen (Flipflop) ist normalerweise nur unter dem aktiven Mitwirken von speziellen Proteinen (sog. Flipasen) unter Verbrauch von Adenosintriphosphat (ATP) möglich. Wie flüssig die Lipiddoppelschicht ist, hängt vor allem von der Anzahl von ungesättigten Doppelbindungen in den hydrophoben Kohlenwasserstoffketten der Lipide ab. Je mehr, desto flüssiger ist die Membran. Andererseits wird der Grad der Flüssigkeit durch andere eingelagerte Moleküle bestimmt. Cholesterin zum Beispiel vermindert einerseits die Fluidität, verhindert aber bei niedrigen Temperaturen, dass sich die Membran gelartig verfestigt. Vitamin E ist ein Antioxidans (wie Vitamin C), es schützt die ungesättigten Kohlenwasserstoffketten der Phospholipide der Biomembran vor der Zerstörung durch freie Radikale (Lipidperoxidation). MembranproteineVerschiedene Arten von in die Lipiddoppelschicht eingelagerten Membranproteinen sorgen für verschiedene Eigenschaften der Biomembranen. Die meisten Proteine sind am Membrantransport beteiligt, d.h. dem Stoffaustausch über die Membran hinweg. Weitere Membranproteine sind z.B. die oben genannten Flipasen, die für die Bewegung von einzelnen Lipiden von einer Seite der Membran zur anderen sorgen, oder Rezeptoren, die für die Erkennung von Umwelteinflüssen oder Stoffen auf einer Seite der Membran zuständig sind und die Information auf die andere Seite weitergeben. Durchlässigkeit (Permeabilität)Da die Biomembran vor allem eine Trennschicht zwischen verschiedenen Bereichen darstellt, ist sie für die meisten Moleküle undurchlässig. Ungeladene, kleinere Moleküle können durch die Membran diffundieren, wie z.B. Kohlendioxid und Harnstoff. Für geladene oder große Teilchen wie Ionen oder Zuckermoleküle ist die Membran undurchlässig, es sei denn mit Hilfe entsprechender Transportproteine. Deshalb spricht man von Semi- bzw. Selektivpermeabilität. FunktionDas Cytoplasma im Inneren einer Zelle wird durch eine Biomembran nach außen abgegrenzt. Diese nennt man Zellmembran, Plasmamembran, Plasmalemma oder Membrana cellularis. Innerhalb der Zelle sorgen Biomembranen für eine Kompartimentierung der Zelle: Die meisten Zellen enthalten Reaktions- und Speicherräume (Kompartimente), wie z.B. die Zellorganellen und Vakuolen mit sehr unterschiedlichen chemischen Eigenschaften, die durch Biomembranen voneinander abgegrenzt sind. Geschichte der Modell-Entwicklung
Quellen
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Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Biomembran aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar. |