Die Zellmembran – Der Aufbau

Der Aufbau
Eine Biomembran ist wie folgt aufgebaut:

1. Sie besteht aus zwei Phospholipidschichten. Diese wiederum bestehen aus einem hydrophilen bzw. lipophoben Lipidmolekül-Kopf und einem hydrophoben bzw. lipophilen Kohlenwasserstoff-Schwanz.

2. Der Kopf zeigt dabei immer zum Wasser hin, da er sich gut mit diesem verträgt, während der hydrophobe Schwanz in die entgegengesetzte Richtung zeigt. Körperflüssigkeiten bestehen zum Großteil aus Wasser und dementsprechend zeigen die Köpfe beidseitig von der Membran aus gesehen nach außen (sowohl zum Cytoplasma als auch in die entgegengesetzte Richtung).

3. Daneben gibt es eine große Zahl an Proteinen an der Membran. Proteine, die sich an der Membran anlagern, aber
   nicht an diese gebunden sind, heißen periphere Membranproteine. Hierzu gehört etwa das Zytoskelett, welches aus Proteinfäden (Filamenten) besteht und für die Stabilität und Bewegung der Zelle sorgt.

Proteine, die mit einem lipophilen Molekül verbunden sind, welches sie praktisch in der Membran verankert, obgleich sie nicht an dieser gebunden sind, heißen lipidverankerte Membranproteine.

Proteine, welche sich komplett oder zumindest zum größten Teil in den Lipidschichten befinden, heißen integrale Membranproteine. Integrale Membranproteine, die komplett
durch die Membran durchgehen, tragen den Namen Transmembranproteine.

Dazu gehören
beispielweise :

• die Kanalproteine bzw. Ionenkanäle. Die Membran ist semipermeabel. Das heißt, durch sie können nur einige Teilchen durchdringen. Zu diesen gehören beispielsweise kleinere Moleküle wie Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid, aber auch lipo- und hydrophile Moleküle wie Ethanol. Längere Moleküle wie die höheren Alkohole zum Beispiel können je nach Anzahl der hydrophilen Teile durch die Membran dringen. Transmembranproteine bzw. Ionenkanäle
  haben leiten andere Stoffe wie Ionen durch die Membran.

  • Ein Transmembranprotein weist oft eine alpha-Helix-Struktur auf. Diese Proteine bestehen aus einem größeren hydrophoben und einem kleinen hydrophilen Teil. Die hydrophilen Teile formen so einen Ionenkanal. Wasser, wasserlösliche Moleküle und Ionen können durch diesen Ionenkanal die Membran passieren. Die hydrophoben Teile der Proteinmoleküle zeigen immer nach außen, sodass sie sich gut mit den Kohlenwasserstoffschwänzen der Lipidschichten innerhalb der Biomembran verbinden.

  In der Membran existieren außerdem noch

Cholesterinmoleküle, welche für eine höhere
Stabilität sorgen und den Proteinen beim Stofftransport helfen. Außerhalb der Lipidmembran gibt es noch Zuckerketten an Proteinen (Glykoproteine) und Lipiden (Glykolipide). Im hydrophoben/lipophilen Teil liegen die Zuckermoleküle dabei nie vor, denn sie sind hydrophil. Die Zuckerketten zeigen auschließlich nach außen und nie nach innen in Richtung des Cytoplasma.

Ionenkanäle

• Ionenpumpen, aktiver und passiver Transport . Liegt auf einer Seite der Membran eine andere Konzentration an Ionen als auf der anderen vor, so spricht man von einem Konzentrationsgradienten (Konzentrationsgefälle).
• Die Ionen haben dabei das Bestreben, ein
  Equilibrium zu erzeugen und die Konzentration auf beiden
  Seiten auszugleichen. Liegt dabei etwa im Inneren der Zelle eine höhere Konzentration an
  bspw. K+-Ionen vor, so streben die Ionen danach, das Gefälle auszugleichen und bewegen sich in Richtung des Konzentrationsgradienten. Bewegen sich Ionen in die Richtung des
  Konzentrationsgradienten, wird keine Energie benötigt und man spricht vom passiven
  Transport.
  • Die Ionen passieren dabei die Transmembranproteine. Wollen die Ionen nun aber in die entgegengesetzte Richtung des Konzentrationsgefälles, so wird eine Ionenpumpe
    benötigt.

Transport

• Dieser Transport trägt den Namen aktiver Transport.
  Hierfür wird Energie in Form von Adenotriphosphat (ATP) benötigt, welches in den Mitochondrien erzeugt wird.
  Das ATP wird zu Adenodiphosphat (ADP), wenn es Energie in Form einer Phosphatgruppe abgibt, welche die Ionen für das Passieren entgegen ihres Konzentrationsgradienten benötigen.

Symport**

Dieser Transport kann auch gekoppelt sein. Wollen mehrere Ionen von einer Seite zur anderen (Konzentrationsgradient!), spricht man vom Symport.

Antiport

Wollen einige Ionen zur einen und andere zur anderen Seite, wo jeweils ihr Konzentrationsgradient vorliegt, spricht man vom
Antiport.