Schema der Struktur der Zellmembran und ihrer Funktionen. Zellmembran: Definition, Funktionen von Membranen, physikalische Eigenschaften

Zellmembran.
Die Zellmembran trennt den Inhalt jeder Zelle von der äußeren Umgebung und gewährleistet ihre Integrität; reguliert den Austausch zwischen Zelle und Umwelt; intrazelluläre Membranen unterteilen die Zelle in spezialisierte geschlossene Kompartimente - Kompartimente oder Organellen, in denen bestimmte Umgebungsbedingungen aufrechterhalten werden.
Struktur.
Die Zellmembran ist eine Doppelschicht (Doppelschicht) von Molekülen der Klasse der Lipide (Fette), von denen die meisten die sogenannten komplexen Lipide - Phospholipide sind. Lipidmoleküle haben einen hydrophilen („Kopf“) und einen hydrophoben („Schwanz“) Teil. Während der Bildung von Membranen wenden sich die hydrophoben Teile der Moleküle nach innen, während die hydrophilen Teile nach außen kehren. Membranen sind sehr ähnliche Strukturen in verschiedenen Organismen. Die Membrandicke beträgt 7-8 nm. (10-9 Meter)
Hydrophilie- die Fähigkeit eines Stoffes, von Wasser benetzt zu werden.
Hydrophobie- die Unfähigkeit eines Stoffes, von Wasser benetzt zu werden.
Die biologische Membran umfasst auch verschiedene Proteine:
- integral (die Membran durchdringend)
- semiintegral (einseitig in die äußere oder innere Lipidschicht eingetaucht)
- oberflächlich (befindet sich auf der Außenseite oder neben den Innenseiten der Membran).
Einige Proteine sind die Kontaktpunkte der Zellmembran mit dem Zytoskelett innerhalb der Zelle und der Zellwand (falls vorhanden) außerhalb.
Zytoskelett- Zellgerüst in der Zelle.
Funktionen.
1) Barriere- sorgt für einen geregelten, selektiven, passiven und aktiven Stoffwechsel mit der Umwelt.
2) Verkehr- Substanzen werden durch die Membran in und aus der Zelle transportiert Matrix - sorgt für eine bestimmte relative Position und Orientierung von Membranproteinen, deren optimales Zusammenspiel.
3) Mechanisch- sichert die Autonomie der Zelle, ihre intrazellulären Strukturen sowie die Verbindung mit anderen Zellen (in Geweben) Die Interzellularsubstanz spielt eine wichtige Rolle bei der Sicherstellung der mechanischen Funktion.
4) Rezeptor- Einige Proteine in der Membran sind Rezeptoren (Moleküle, mit denen die Zelle bestimmte Signale wahrnimmt).
Beispielsweise wirken im Blut zirkulierende Hormone nur auf Zielzellen, die Rezeptoren haben, die diesen Hormonen entsprechen. Neurotransmitter (Chemikalien, die Nervenimpulse leiten) binden auch an spezifische Rezeptorproteine auf Zielzellen.
Hormone- biologisch aktive Signalchemikalien.
5) Enzymatisch Membranproteine sind oft Enzyme. Beispielsweise enthalten die Plasmamembranen von Darmepithelzellen Verdauungsenzyme.
6) Umsetzung der Generierung und Ableitung von Biopotentialen.
Mit Hilfe der Membran wird eine konstante Ionenkonzentration in der Zelle aufrechterhalten: Die Konzentration des K + -Ions innerhalb der Zelle ist viel höher als außerhalb und die Konzentration von Na + ist viel niedriger, was sehr wichtig ist dies hält die Potentialdifferenz über der Membran aufrecht und erzeugt einen Nervenimpuls.
Nervenimpuls – eine Erregungswelle, die entlang einer Nervenfaser übertragen wird.
7) Zellkennzeichnung- Auf der Membran befinden sich Antigene, die als Marker dienen - "Marker", mit denen Sie die Zelle identifizieren können. Dies sind Glykoproteine (d. h. Proteine mit daran befestigten verzweigten Oligosaccharid-Seitenketten), die die Rolle von "Antennen" spielen. Aufgrund der unzähligen Seitenkettenkonfigurationen ist es möglich, für jeden Zelltyp einen spezifischen Marker herzustellen. Mithilfe von Markern können Zellen andere Zellen erkennen und mit ihnen zusammenarbeiten, beispielsweise bei der Bildung von Organen und Geweben. Es ermöglicht dem Immunsystem auch, fremde Antigene zu erkennen.
Durchlässigkeitsmerkmale.
Zellmembranen haben eine selektive Permeabilität: Sie durchdringen sie langsam auf verschiedene Weise:
Glukose ist die wichtigste Energiequelle.

Aminosäuren sind die Bausteine, aus denen alle Proteine im Körper bestehen.

Fettsäuren - Struktur-, Energie- und andere Funktionen.

Glycerin – lässt den Körper Wasser zurückhalten und reduziert die Urinproduktion.

Ionen sind Enzyme für Reaktionen.

Darüber hinaus regulieren die Membranen diesen Prozess bis zu einem gewissen Grad selbst aktiv - einige Substanzen passieren, andere nicht. Es gibt vier Hauptmechanismen für den Eintrag von Stoffen in die Zelle oder ihren Abtransport aus der Zelle nach außen:
Passive Permeabilitätsmechanismen:
1) Verbreitung.
Eine Variante dieses Mechanismus ist die erleichterte Diffusion, bei der ein bestimmtes Molekül einer Substanz hilft, die Membran zu passieren. Dieses Molekül kann einen Kanal haben, der nur eine Art von Substanz passieren lässt.
Diffusion- der Vorgang des gegenseitigen Eindringens von Molekülen einer Substanz in die Moleküle einer anderen.
Osmose– der Prozess der Einwegdiffusion durch eine semipermeable Membran von Lösungsmittelmolekülen zu einer höheren Konzentration eines gelösten Stoffes.
Die Membran, die eine normale Blutzelle umgibt, ist nur für Wassermoleküle, Sauerstoff, einige der im Blut gelösten Nährstoffe und zelluläre Abfallprodukte durchlässig.
Aktive Permeabilitätsmechanismen:
1) Aktiver Transport.
aktiven Transport– die Übertragung eines Stoffes aus einem Bereich niedriger Konzentration in einen Bereich hoher Konzentration.
Aktiver Transport erfordert Energie, da er sich von einem Bereich mit geringer Konzentration in einen Bereich mit hoher Konzentration bewegt. Auf der Membran befinden sich spezielle Pumpproteine, die aktiv Kaliumionen (K+) in die Zelle und Natriumionen (Na+) aus ihr herauspumpen, ATP dient als Energie.
ATP– universelle Energiequelle für alle biochemischen Prozesse. .(später mehr)
2) Endozytose.
Partikel, die aus irgendeinem Grund die Zellmembran nicht passieren können, aber für die Zelle notwendig sind, können die Membran durch Endozytose durchdringen.
Endozytose– der Prozess der Aufnahme von externem Material durch die Zelle.
Die selektive Permeabilität der Membran während des passiven Transports beruht auf speziellen Kanälen - integralen Proteinen. Sie dringen durch und durch in die Membran ein und bilden eine Art Durchgang. Die Elemente K, Na und Cl haben ihre eigenen Kanäle. Entsprechend dem Konzentrationsgradienten bewegen sich die Moleküle dieser Elemente in die Zelle hinein und aus ihr heraus. Bei Reizung öffnen sich die Natriumionenkanäle und es kommt zu einem starken Einstrom von Natriumionen in die Zelle. Dies führt zu einem Ungleichgewicht des Membranpotentials. Danach wird das Membranpotential wiederhergestellt. Kaliumkanäle sind immer offen, durch die Kaliumionen langsam in die Zelle gelangen.
Membranstruktur
Permeabilität
aktiven Transport
Osmose
Endozytose

9.5.1. Eine der Hauptfunktionen von Membranen ist die Teilnahme am Stofftransport. Dieser Prozess wird durch drei Hauptmechanismen bereitgestellt: einfache Diffusion, erleichterte Diffusion und aktiver Transport (Abbildung 9.10). Erinnern Sie sich jeweils an die wichtigsten Merkmale dieser Mechanismen und Beispiele der transportierten Substanzen.

Abbildung 9.10. Transportmechanismen von Molekülen durch die Membran

einfache Diffusion- Übertragung von Substanzen durch die Membran ohne Beteiligung spezieller Mechanismen. Der Transport erfolgt entlang eines Konzentrationsgradienten ohne Energieverbrauch. Kleine Biomoleküle - H2O, CO2, O2, Harnstoff, hydrophobe niedermolekulare Substanzen werden durch einfache Diffusion transportiert. Die Geschwindigkeit der einfachen Diffusion ist proportional zum Konzentrationsgradienten.

Erleichterte Diffusion- die Übertragung von Stoffen durch die Membran mithilfe von Proteinkanälen oder speziellen Trägerproteinen. Sie wird entlang des Konzentrationsgradienten ohne Energieverbrauch durchgeführt. Monosaccharide, Aminosäuren, Nukleotide, Glycerin, einige Ionen werden transportiert. Charakteristisch ist die Sättigungskinetik – bei einer bestimmten (Sättigungs-)Konzentration der übertragenen Substanz nehmen alle Trägermoleküle an der Übertragung teil und die Transportgeschwindigkeit erreicht den Grenzwert.

aktiven Transport- erfordert ebenfalls die Beteiligung spezieller Trägerproteine, allerdings erfolgt die Übertragung gegen ein Konzentrationsgefälle und benötigt daher Energie. Mit Hilfe dieses Mechanismus werden Na+, K+, Ca2+, Mg2+ Ionen durch die Zellmembran und Protonen durch die Mitochondrienmembran transportiert. Der aktive Stofftransport ist durch eine Sättigungskinetik gekennzeichnet.

9.5.2. Ein Beispiel für ein Transportsystem, das einen aktiven Ionentransport durchführt, ist Na+,K+-Adenosintriphosphatase (Na+,K+-ATPase oder Na+,K+-Pumpe). Dieses Protein befindet sich in der Dicke der Plasmamembran und kann die Reaktion der ATP-Hydrolyse katalysieren. Die bei der Hydrolyse von 1 ATP-Molekül freigesetzte Energie wird genutzt, um 3 Na + -Ionen aus der Zelle in den extrazellulären Raum und 2 K + -Ionen in die entgegengesetzte Richtung zu transportieren (Abb. 9.11). Durch die Wirkung von Na + , K + -ATPase entsteht ein Konzentrationsunterschied zwischen dem Cytosol der Zelle und der extrazellulären Flüssigkeit. Da der Ionentransport nicht äquivalent ist, entsteht eine Differenz der elektrischen Potentiale. Somit entsteht ein elektrochemisches Potential, das die Summe der Energie der Differenz der elektrischen Potentiale Δφ und der Energie der Differenz der Stoffkonzentrationen ΔС auf beiden Seiten der Membran ist.

Abbildung 9.11. Schema der Na+, K+ -Pumpe.

9.5.3. Transfer durch Membranen von Partikeln und makromolekularen Verbindungen

Neben dem Transport von organischen Stoffen und Ionen durch Trägerstoffe gibt es in der Zelle einen ganz speziellen Mechanismus, der dazu bestimmt ist, makromolekulare Verbindungen aufzunehmen und aus der Zelle zu entfernen, indem die Form der Biomembran verändert wird. Ein solcher Mechanismus heißt vesikulärer Transport.

Abbildung 9.12. Arten des vesikulären Transports: 1 - Endozytose; 2 - Exozytose.

Während des Transfers von Makromolekülen kommt es zu einer sequentiellen Bildung und Verschmelzung von Vesikeln (Vesikeln), die von einer Membran umgeben sind. Je nach Transportrichtung und Art der übertragenen Substanzen werden folgende Arten des Vesikeltransports unterschieden:

Endozytose(Abbildung 9.12, 1) - die Übertragung von Substanzen in die Zelle. Abhängig von der Größe der resultierenden Vesikel gibt es:

a) Pinozytose - Absorption von flüssigen und gelösten Makromolekülen (Proteine, Polysaccharide, Nukleinsäuren) mit kleinen Bläschen (150 nm Durchmesser);

b) Phagozytose — Aufnahme von großen Partikeln wie Mikroorganismen oder Zelltrümmern. Dabei entstehen große Vesikel, sogenannte Phagosomen mit einem Durchmesser von mehr als 250 nm.

Pinozytose ist charakteristisch für die meisten eukaryotischen Zellen, während große Partikel von spezialisierten Zellen - Leukozyten und Makrophagen - absorbiert werden. In der ersten Stufe der Endozytose werden Substanzen oder Partikel an der Membranoberfläche adsorbiert, dieser Vorgang erfolgt ohne Energieverbrauch. Im nächsten Stadium vertieft sich die Membran mit der adsorbierten Substanz in das Zytoplasma; die resultierenden lokalen Einstülpungen der Plasmamembran werden von der Zelloberfläche weggeschnürt und bilden Vesikel, die dann in die Zelle wandern. Dieser Prozess ist durch ein System von Mikrofilamenten verbunden und energieabhängig. Die Vesikel und Phagosomen, die in die Zelle eindringen, können mit Lysosomen verschmelzen. Enzyme, die in Lysosomen enthalten sind, zerlegen Substanzen, die in Vesikeln und Phagosomen enthalten sind, zu niedermolekularen Produkten (Aminosäuren, Monosaccharide, Nukleotide), die zum Zytosol transportiert werden, wo sie von der Zelle verwendet werden können.

Exozytose(Abbildung 9.12, 2) - die Übertragung von Partikeln und großen Verbindungen aus der Zelle. Dieser Prozess läuft wie die Endozytose unter Energieaufnahme ab. Die Hauptarten der Exozytose sind:

a) Sekretion - Entfernung von wasserlöslichen Verbindungen aus der Zelle, die verwendet werden oder andere Zellen des Körpers beeinflussen. Es kann sowohl von nicht spezialisierten Zellen als auch von Zellen der endokrinen Drüsen, der Schleimhaut des Magen-Darm-Trakts, durchgeführt werden, die für die Sekretion der von ihnen produzierten Substanzen (Hormone, Neurotransmitter, Proenzyme) angepasst sind, je nach den spezifischen Bedürfnissen des Körpers .

Sekretierte Proteine werden an Ribosomen synthetisiert, die mit den Membranen des rauhen endoplasmatischen Retikulums assoziiert sind. Diese Proteine werden dann zum Golgi-Apparat transportiert, wo sie modifiziert, konzentriert, sortiert und dann in Vesikel verpackt werden, die in das Zytosol gespalten werden und anschließend mit der Plasmamembran verschmelzen, sodass sich der Inhalt der Vesikel außerhalb der Zelle befindet.

Im Gegensatz zu Makromolekülen werden kleine sezernierte Partikel, wie Protonen, mithilfe erleichterter Diffusion und aktiver Transportmechanismen aus der Zelle transportiert.

b) Ausscheidung - Entfernung von Stoffen, die nicht verwendet werden können, aus der Zelle (z. B. Entfernung einer retikulären Substanz aus Retikulozyten während der Erythropoese, die ein aggregierter Überrest von Organellen ist). Der Ausscheidungsmechanismus besteht offenbar darin, dass sich die freigesetzten Partikel zunächst im zytoplasmatischen Vesikel befinden, das dann mit der Plasmamembran verschmilzt.

Abbildung 9.10. Transportmechanismen von Molekülen durch die Membran

Abbildung 9.11. Schema der Na+, K+ -Pumpe.

9.5.3. Transfer durch Membranen von Partikeln und makromolekularen Verbindungen

Abbildung 9.12. Arten des vesikulären Transports: 1 - Endozytose; 2 - Exozytose.

Endozytose(Abbildung 9.12, 1) - die Übertragung von Substanzen in die Zelle. Abhängig von der Größe der resultierenden Vesikel gibt es:

a) Pinozytose - Absorption von flüssigen und gelösten Makromolekülen (Proteine, Polysaccharide, Nukleinsäuren) mit kleinen Bläschen (150 nm Durchmesser);

b) Phagozytose — Aufnahme von großen Partikeln wie Mikroorganismen oder Zelltrümmern. Dabei entstehen große Vesikel, sogenannte Phagosomen mit einem Durchmesser von mehr als 250 nm.

Im Gegensatz zu Makromolekülen werden kleine sezernierte Partikel, wie Protonen, mithilfe erleichterter Diffusion und aktiver Transportmechanismen aus der Zelle transportiert.

biologische Membranen- der allgemeine Name funktionell aktiver Oberflächenstrukturen, die Zellen (Zell- oder Plasmamembranen) und intrazelluläre Organellen (Membranen von Mitochondrien, Kernen, Lysosomen, endoplasmatisches Retikulum usw.) begrenzen. Sie enthalten Lipide, Proteine, heterogene Moleküle (Glykoproteine, Glykolipide) und je nach ausgeübter Funktion zahlreiche Nebenbestandteile: Coenzyme, Nukleinsäuren, Antioxidantien, Carotinoide, anorganische Ionen usw.

Die koordinierte Funktion von Membransystemen - Rezeptoren, Enzyme, Transportmechanismen - hilft, die Zellhomöostase aufrechtzuerhalten und gleichzeitig schnell auf Veränderungen in der äußeren Umgebung zu reagieren.

Zu Hauptfunktionen biologischer Membranen zugeschrieben werden können:

Trennung der Zelle von der Umgebung und Bildung intrazellulärer Kompartimente (Kompartimente);

Kontrolle und Regulierung des Transports verschiedenster Substanzen durch Membranen;

Teilnahme an der Bereitstellung interzellulärer Interaktionen, Übertragung von Signalen innerhalb der Zelle;

Umwandlung der Energie organischer Nahrungssubstanzen in die Energie chemischer Bindungen von ATP-Molekülen.

Die molekulare Organisation der Plasma-(Zell-)Membran ist in allen Zellen ungefähr gleich: Sie besteht aus zwei Schichten von Lipidmolekülen mit vielen darin eingeschlossenen spezifischen Proteinen. Manche Membranproteine sind enzymatisch aktiv, andere binden Nährstoffe aus der Umgebung und sorgen für deren Transport in die Zelle durch Membranen. Membranproteine zeichnen sich durch die Art ihrer Assoziation mit Membranstrukturen aus. Einige Proteine, genannt extern oder peripher , lose an die Oberfläche der Membran gebunden, andere genannt intern oder integriert , sind in die Membran eingetaucht. Periphere Proteine lassen sich leicht extrahieren, während integrale Proteine nur mit Detergenzien oder organischen Lösungsmitteln isoliert werden können. Auf Abb. 4 zeigt die Struktur der Plasmamembran.

Die äußeren oder Plasmamembranen vieler Zellen sowie die Membranen intrazellulärer Organellen, wie Mitochondrien, Chloroplasten, wurden in freier Form isoliert und ihre molekulare Zusammensetzung untersucht. Alle Membranen enthalten polare Lipide in einer Menge von 20 bis 80 % ihrer Masse, je nach Membrantyp, der Rest entfällt hauptsächlich auf Proteine. In den Plasmamembranen tierischer Zellen ist die Menge an Proteinen und Lipiden in der Regel ungefähr gleich; die innere Mitochondrienmembran enthält etwa 80 % Proteine und nur 20 % Lipide, während die Myelinmembranen von Gehirnzellen dagegen etwa 80 % Lipide und nur 20 % Proteine enthalten.

Reis. 4. Struktur der Plasmamembran

Der Lipidteil der Membranen ist eine Mischung aus verschiedenen Arten polarer Lipide. Polare Lipide, zu denen Phosphoglycerolipide, Sphingolipide und Glykolipide gehören, werden nicht in Fettzellen gespeichert, sondern in Zellmembranen eingebaut, und zwar in streng definierten Verhältnissen.

Alle polaren Lipide in Membranen werden während des Stoffwechsels ständig erneuert, unter normalen Bedingungen stellt sich in der Zelle ein dynamischer stationärer Zustand ein, in dem die Geschwindigkeit der Lipidsynthese gleich der Geschwindigkeit ihres Abbaus ist.

Die Membranen tierischer Zellen enthalten hauptsächlich Phosphoglycerolipide und in geringerem Maße Sphingolipide; Triacylglycerine kommen nur in Spuren vor. Einige Membranen tierischer Zellen, insbesondere die äußere Plasmamembran, enthalten erhebliche Mengen an Cholesterin und seinen Estern (Abb. 5).

Abb.5. Membranlipide

Gegenwärtig ist das allgemein anerkannte Modell für die Struktur von Membranen das 1972 von S. Singer und J. Nicholson vorgeschlagene Fluid-Mosaik-Modell.

Ihrer Meinung nach können Proteine mit Eisbergen verglichen werden, die in einem Lipidmeer schwimmen. Wie oben erwähnt, gibt es zwei Arten von Membranproteinen: integrale und periphere. Integrale Proteine durchdringen die Membran, das sind sie amphipathische Moleküle. Periphere Proteine durchdringen die Membran nicht und sind weniger stark mit ihr assoziiert. Der durchgehende Hauptteil der Membran, d. h. ihre Matrix, ist die polare Lipiddoppelschicht. Bei normaler Zelltemperatur befindet sich die Matrix in einem flüssigen Zustand, was durch ein bestimmtes Verhältnis zwischen gesättigten und ungesättigten Fettsäuren in den hydrophoben Schwänzen polarer Lipide gewährleistet wird.

Das Flüssigkeitsmosaikmodell legt auch nahe, dass sich auf der Oberfläche von integralen Proteinen, die sich in der Membran befinden, R-Gruppen von Aminosäureresten befinden (hauptsächlich hydrophobe Gruppen, aufgrund derer sich die Proteine im zentralen hydrophoben Teil der Doppelschicht „aufzulösen“ scheinen). . Gleichzeitig befinden sich auf der Oberfläche von peripheren oder externen Proteinen hauptsächlich hydrophile R-Gruppen, die aufgrund elektrostatischer Kräfte von den hydrophil geladenen Polköpfen von Lipiden angezogen werden. Integrale Proteine, und dazu gehören Enzyme und Transportproteine, sind nur aktiv, wenn sie sich innerhalb des hydrophoben Teils der Doppelschicht befinden, wo sie die für die Manifestation der Aktivität erforderliche räumliche Konfiguration annehmen (Abb. 6). Es sei noch einmal betont, dass weder zwischen den Molekülen in der Doppelschicht noch zwischen den Proteinen und Lipiden der Doppelschicht kovalente Bindungen gebildet werden.

Abb.6. Membranproteine

Membranproteine können sich in der lateralen Ebene frei bewegen. Periphere Proteine schwimmen buchstäblich auf der Oberfläche des „Meeres“ der Doppelschicht, während integrale Proteine wie Eisberge fast vollständig in der Kohlenwasserstoffschicht untergetaucht sind.

Die meisten Membranen sind asymmetrisch, das heißt, sie haben ungleiche Seiten. Diese Asymmetrie zeigt sich im Folgenden:

Zum einen die Tatsache, dass sich die inneren und äußeren Seiten der Plasmamembranen bakterieller und tierischer Zellen in der Zusammensetzung polarer Lipide unterscheiden. Beispielsweise enthält die innere Lipidschicht menschlicher Erythrozytenmembranen hauptsächlich Phosphatidylethanolamin und Phosphatidylserin, während die äußere Lipidschicht Phosphatidylcholin und Sphingomyelin enthält.

· Zweitens wirken manche Transportsysteme in Membranen nur in eine Richtung. Beispielsweise gibt es in den Membranen von Erythrozyten ein Transportsystem („Pumpe“), das Na + -Ionen aus der Zelle in die Umgebung und K + -Ionen - aufgrund der bei der ATP-Hydrolyse freigesetzten Energie in die Zelle pumpt.

Drittens enthält die äußere Oberfläche der Plasmamembran eine sehr große Anzahl von Oligosaccharidgruppen, die die Köpfe von Glykolipiden und Oligosaccharid-Seitenketten von Glykoproteinen sind, während es praktisch keine Oligosaccharidgruppen auf der inneren Oberfläche der Plasmamembran gibt.

Die Asymmetrie biologischer Membranen bleibt dadurch erhalten, dass die Übertragung einzelner Phospholipidmoleküle von einer Seite der Lipiddoppelschicht auf die andere aus energetischen Gründen sehr schwierig ist. Das polare Lipidmolekül kann sich auf seiner Seite der Doppelschicht frei bewegen, ist jedoch in seiner Fähigkeit, auf die andere Seite zu springen, begrenzt.

Die Lipidmobilität hängt vom relativen Gehalt und der Art der vorhandenen ungesättigten Fettsäuren ab. Die Kohlenwasserstoffnatur von Fettsäureketten verleiht den Membraneigenschaften Fluidität und Mobilität. In Gegenwart von cis-ungesättigten Fettsäuren sind die Kohäsionskräfte zwischen den Ketten schwächer als im Fall von gesättigten Fettsäuren allein, und Lipide behalten auch bei niedrigen Temperaturen eine hohe Mobilität.

Auf der Außenseite der Membranen befinden sich spezifische Erkennungsstellen, deren Funktion es ist, bestimmte molekulare Signale zu erkennen. Beispielsweise nehmen einige Bakterien durch die Membran leichte Änderungen der Nährstoffkonzentration wahr, was ihre Bewegung in Richtung der Nahrungsquelle stimuliert; dieses Phänomen heißt Chemotaxis.

Die Membranen verschiedener Zellen und intrazellulärer Organellen haben aufgrund ihrer Struktur, chemischen Zusammensetzung und Funktion eine gewisse Spezifität. Folgende Hauptgruppen von Membranen in eukaryotischen Organismen werden unterschieden:

Plasmamembran (äußere Zellmembran, Plasmalemma),

die Kernmembran

Das endoplasmatische Retikulum

Membranen des Golgi-Apparats, Mitochondrien, Chloroplasten, Myelinscheiden,

erregbare Membranen.

In prokaryotischen Organismen gibt es neben der Plasmamembran intrazytoplasmatische Membranbildungen, bei heterotrophen Prokaryoten werden sie genannt Mesosomen. Letztere werden durch Einstülpung in die äußere Zellmembran gebildet und bleiben teilweise mit dieser in Kontakt.

Erythrozytenmembran besteht aus Proteinen (50 %), Lipiden (40 %) und Kohlenhydraten (10 %). Der Hauptteil der Kohlenhydrate (93%) ist mit Proteinen verbunden, der Rest mit Lipiden. In der Membran sind Lipide im Gegensatz zur symmetrischen Anordnung in Micellen asymmetrisch angeordnet. Beispielsweise kommt Cephalin überwiegend in der inneren Lipidschicht vor. Diese Asymmetrie wird offensichtlich aufgrund der Querbewegung von Phospholipiden in der Membran, die mit Hilfe von Membranproteinen und aufgrund der Energie des Stoffwechsels durchgeführt wird, aufrechterhalten. In der inneren Schicht der Erythrozytenmembran befinden sich hauptsächlich Sphingomyelin, Phosphatidylethanolamin, Phosphatidylserin, in der äußeren Schicht - Phosphatidylcholin. Die Erythrozytenmembran enthält ein integrales Glykoprotein Glykophorin, das aus 131 Aminosäureresten besteht und die Membran durchdringt, und das sogenannte Band 3-Protein, das aus 900 Aminosäureresten besteht. Die Kohlenhydratkomponenten von Glykophorin erfüllen eine Rezeptorfunktion für Influenzaviren, Phytohämagglutinine und eine Reihe von Hormonen. Ein weiteres integrales Protein, das wenige Kohlenhydrate enthält und die Membran durchdringt, wurde auch in der Erythrozytenmembran gefunden. Sein Name ist Tunnelprotein(Komponente a), da angenommen wird, dass sie einen Kanal für Anionen bildet. Das mit der Innenseite der Erythrozytenmembran assoziierte periphere Protein ist Spektrin.

Myelinmembranen , die Axone von Neuronen umgeben, sind vielschichtig, sie enthalten eine große Menge an Lipiden (etwa 80%, die Hälfte davon sind Phospholipide). Die Proteine dieser Membranen sind wichtig für die Fixierung übereinander liegender Membransalze.

Chloroplastenmembranen. Chloroplasten sind mit einer zweischichtigen Membran bedeckt. Die äußere Membran hat eine gewisse Ähnlichkeit mit der von Mitochondrien. Zusätzlich zu dieser Oberflächenmembran haben Chloroplasten ein internes Membransystem - Lamellen. Lamellen bilden oder abgeflachte Vesikel - Thylakoide, die übereinander in Packungen (Grana) gesammelt werden oder ein Membransystem des Stromas (Stromalamellen) bilden. Lamella gran und stroma auf der Außenseite der Thylakoidmembran sind konzentrierte hydrophile Gruppen, Galakto- und Sulfolipide. Der phytolitische Teil des Chlorophyllmoleküls ist in die Kügelchen eingetaucht und steht in Kontakt mit den hydrophoben Gruppen von Proteinen und Lipiden. Die Porphyrinkerne des Chlorophylls sind hauptsächlich zwischen den angrenzenden Membranen der Thylakoide des Gran lokalisiert.

Innere (zytoplasmatische) Membran von Bakterienähnlich aufgebaut wie die inneren Membranen von Chloroplasten und Mitochondrien. Es enthält Enzyme der Atmungskette, aktiven Transport; Enzyme, die an der Bildung von Membrankomponenten beteiligt sind. Der vorherrschende Bestandteil bakterieller Membranen sind Proteine: das Protein/Lipid-Verhältnis (nach Gewicht) beträgt 3:1. Die äußere Membran gramnegativer Bakterien enthält im Vergleich zur zytoplasmatischen eine geringere Menge verschiedener Phospholipide und Proteine. Beide Membranen unterscheiden sich in der Lipidzusammensetzung. Die äußere Membran enthält Proteine, die Poren für das Eindringen vieler niedermolekularer Substanzen bilden. Ein charakteristischer Bestandteil der äußeren Membran ist auch ein spezifisches Lipopolysaccharid. Eine Reihe von Proteinen der äußeren Membran dienen als Rezeptoren für Phagen.

Virusmembran. Unter Viren sind Membranstrukturen charakteristisch für solche, die ein Nukleokapsid enthalten, das aus einem Protein und einer Nukleinsäure besteht. Dieser „Kern“ von Viren ist von einer Membran (Hülle) umgeben. Es besteht auch aus einer Doppelschicht von Lipiden mit darin enthaltenen Glykoproteinen, die sich hauptsächlich auf der Oberfläche der Membran befinden. Bei einer Reihe von Viren (Mikroviren) gelangen 70-80 % aller Proteine in die Membranen, die restlichen Proteine sind im Nukleokapsid enthalten.

Daher sind Zellmembranen sehr komplexe Strukturen; ihre konstituierenden molekularen Komplexe bilden ein geordnetes zweidimensionales Mosaik, das der Membranoberfläche biologische Spezifität verleiht.

Die Zellmembran (Plasmamembran) ist eine dünne, halbdurchlässige Membran, die Zellen umgibt.

Funktion und Rolle der Zellmembran

Seine Funktion besteht darin, die Unversehrtheit des Inneren zu schützen, indem einige essentielle Substanzen in die Zelle gelangen und andere am Eindringen gehindert werden.

Es dient auch als Grundlage für die Bindung an einige Organismen und an andere. Somit gibt die Plasmamembran auch die Form der Zelle vor. Eine weitere Funktion der Membran besteht darin, das Zellwachstum durch Gleichgewicht zu regulieren und zu regulieren.

Bei der Endozytose werden bei der Aufnahme von Stoffen Lipide und Proteine aus der Zellmembran entfernt. Bei der Exozytose verschmelzen Vesikel, die Lipide und Proteine enthalten, mit der Zellmembran, wodurch die Zellgröße zunimmt. , und Pilzzellen haben Plasmamembranen. Innen werden beispielsweise auch Schutzmembranen eingeschlossen.

Struktur der Zellmembran

Die Plasmamembran besteht hauptsächlich aus einer Mischung von Proteinen und Lipiden. Je nach Lage und Rolle der Membran im Körper können Lipide 20 bis 80 Prozent der Membran ausmachen, der Rest sind Proteine. Während Lipide helfen, die Membran flexibel zu machen, kontrollieren und erhalten Proteine die Chemie der Zelle und helfen beim Transport von Molekülen durch die Membran.

Membranlipide

Phospholipide sind der Hauptbestandteil von Plasmamembranen. Sie bilden eine Lipiddoppelschicht, in der sich die hydrophilen (wasserangezogenen) „Kopf“-Regionen spontan organisieren, um dem wässrigen Zytosol und der extrazellulären Flüssigkeit zu widerstehen, während die hydrophoben (wasserabweisenden) „Schwanz“-Regionen vom Zytosol und der extrazellulären Flüssigkeit abgewandt sind. Die Lipiddoppelschicht ist semipermeabel, sodass nur einige Moleküle durch die Membran diffundieren können.

Cholesterin ist ein weiterer Lipidbestandteil tierischer Zellmembranen. Cholesterinmoleküle werden selektiv zwischen Membranphospholipiden dispergiert. Dies trägt dazu bei, die Zellmembranen starr zu halten, indem verhindert wird, dass Phospholipide zu dicht gepackt werden. Cholesterin fehlt in pflanzlichen Zellmembranen.

Glykolipide befinden sich auf der äußeren Oberfläche von Zellmembranen und sind mit ihnen durch eine Kohlenhydratkette verbunden. Sie helfen der Zelle, andere Zellen im Körper zu erkennen.

Membranproteine

Die Zellmembran enthält zwei Arten assoziierter Proteine. Periphere Membranproteine sind extern und damit verbunden, indem sie mit anderen Proteinen interagieren. Integrale Membranproteine werden in die Membran eingeführt und passieren sie größtenteils. Teile dieser Transmembranproteine befinden sich auf beiden Seiten davon.

Plasmamembranproteine haben eine Reihe unterschiedlicher Funktionen. Strukturproteine geben den Zellen Halt und Form. Membranrezeptorproteine helfen Zellen, mit ihrer äußeren Umgebung durch die Verwendung von Hormonen, Neurotransmittern und anderen Signalmolekülen zu kommunizieren. Transportproteine, wie globuläre Proteine, transportieren Moleküle durch erleichterte Diffusion durch Zellmembranen. Glykoproteine haben eine Kohlenhydratkette, die an ihnen befestigt ist. Sie sind in die Zellmembran eingebettet und helfen beim Austausch und Transport von Molekülen.

Organellenmembranen

Einige Zellorganellen sind auch von Schutzmembranen umgeben. Kern,

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Funktion und Rolle der Zellmembran

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Organellenmembranen

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