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

Das koordinierte Funktionieren von Membransystemen – Rezeptoren, Enzyme, Transportmechanismen – trägt dazu bei, die Zellhomöostase aufrechtzuerhalten und gleichzeitig schnell auf Veränderungen in der äußeren Umgebung zu reagieren.

ZU Grundfunktionen biologischer Membranen kann zugeschrieben werden:

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

· Kontrolle und Regulierung des Transports verschiedenster Stoffe durch Membranen;

· Beteiligung an der Sicherstellung interzellulärer Interaktionen und der Übertragung von Signalen in die Zelle;

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

Die molekulare Organisation der Plasmamembran (Zellmembran) ist in allen Zellen ungefähr gleich: Sie besteht aus zwei Schichten von Lipidmolekülen, in denen viele spezifische Proteine ​​enthalten sind. Einige Membranproteine ​​haben enzymatische Aktivität, während andere binden Nährstoffe aus der Umgebung und sorgen über Membranen für ihren Transport in die Zelle. Membranproteine ​​zeichnen sich durch die Art ihrer Verbindung mit Membranstrukturen aus. Einige Proteine ​​heißen extern oder peripher , sind lose an die Oberfläche der Membran gebunden, andere, genannt intern oder integral , eingetaucht in die Membran. Periphere Proteine ​​lassen sich leicht extrahieren, während integrale Proteine ​​nur mit Detergenzien oder organischen Lösungsmitteln isoliert werden können. In Abb. 4 zeigt den Aufbau Plasmamembran.

Die äußeren oder Plasmamembranen vieler Zellen sowie die Membranen intrazellulärer Organellen, beispielsweise Mitochondrien und Chloroplasten, wurden in freier Form isoliert und ihre molekulare Zusammensetzung untersucht. Alle Membranen enthalten polare Lipide in Mengen von 20 bis 80 % ihrer Masse, der Rest besteht hauptsächlich aus Proteinen. So ist in den Plasmamembranen tierischer Zellen die Menge an Proteinen und Lipiden in der Regel ungefähr gleich; Die innere Mitochondrienmembran enthält etwa 80 % Proteine ​​und nur 20 % Lipide, und die Myelinmembranen der Gehirnzellen enthalten dagegen etwa 80 % Lipide und nur 20 % Proteine.

Reis. 4. Struktur der Plasmamembran

Der Lipidteil der Membran ist eine Mischung verschiedener Arten polarer Lipide. Polare Lipide, zu denen Phosphoglycerolipide, Sphingolipide und Glykolipide gehören, werden nicht in Fettzellen gespeichert, sondern in genau definierten Anteilen in Zellmembranen integriert.

Alle polaren Lipide in Membranen werden während des Stoffwechselprozesses ständig erneuert; unter normalen Bedingungen stellt sich in der Zelle ein dynamischer stationärer Zustand ein, in dem die Geschwindigkeit der Lipidsynthese der Geschwindigkeit ihres Zerfalls entspricht.

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

Das derzeit allgemein akzeptierte Modell der Membranstruktur ist das Fluidmosaikmodell, das 1972 von S. Singer und J. Nicholson vorgeschlagen wurde.

Demnach 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 ​​dringen durch die Membran ein amphipathische Moleküle. Periphere Proteine ​​dringen nicht in die Membran ein und sind weniger fest an diese gebunden. Der wichtigste zusammenhängende Teil der Membran, also ihre Matrix, ist die polare Lipiddoppelschicht. Bei normalen Zelltemperaturen 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 geht auch davon aus, dass sich auf der Oberfläche integraler Proteine, 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 „auflösen“). . Gleichzeitig befinden sich auf der Oberfläche peripherer oder externer Proteine ​​hauptsächlich hydrophile R-Gruppen, die aufgrund elektrostatischer Kräfte von den hydrophilen geladenen Polköpfen von Lipiden angezogen werden. Integrale Proteine, zu denen Enzyme und Transportproteine ​​gehören, sind nur dann aktiv, wenn sie sich innerhalb des hydrophoben Teils der Doppelschicht befinden und dort die für die Manifestation der Aktivität erforderliche räumliche Konfiguration annehmen (Abb. 6). Es sollte noch einmal betont werden, 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 Doppelschicht-„Meeres“, während integrale Proteine, wie Eisberge, fast vollständig in der Kohlenwasserstoffschicht eingetaucht sind.

Meistens sind Membranen asymmetrisch, das heißt, sie haben ungleiche Seiten. Diese Asymmetrie äußert sich im Folgenden:

· Erstens, dass sich die Innen- und Außenseite der Plasmamembranen bakterieller und tierischer Zellen in der Zusammensetzung polarer Lipide unterscheiden. Beispielsweise enthält die innere Lipidschicht der Membranen menschlicher roter Blutkörperchen hauptsächlich Phosphatidylethanolamin und Phosphatidylserin, und die äußere Schicht enthält Phosphatidylcholin und Sphingomyelin.

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

Drittens enthält die äußere Oberfläche von Plasmamembranen sehr viel große Zahl Oligosaccharidgruppen, bei denen es sich um Glykolipidköpfe und Oligosaccharidseitenketten von Glykoproteinen handelt, während es auf der Innenfläche der Plasmamembran praktisch keine Oligosaccharidgruppen gibt.

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

Die Lipidmobilität hängt vom relativen Gehalt und der Art der vorhandenen ungesättigten Fettsäuren ab. Die Kohlenwasserstoffnatur der Fettsäureketten verleiht der Membran Fließfähigkeit und Mobilität. In Gegenwart von cis-ungesättigten Fettsäuren sind die Kohäsionskräfte zwischen den Ketten schwächer als bei gesättigten Fettsäuren allein und Lipide bleiben auch bei niedrigen Temperaturen gut beweglich.

Auf der Außenseite der Membranen befinden sich spezifische Erkennungsregionen, deren Aufgabe es ist, bestimmte molekulare Signale zu erkennen. Beispielsweise nehmen einige Bakterien durch die Membran leichte Änderungen in der Konzentration eines Nährstoffs wahr, was ihre Bewegung in Richtung der Nahrungsquelle stimuliert; Dieses Phänomen heißt Chemotaxis.

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

Plasmamembran (äußere Zellmembran, Plasmalemma),

· Kernmembran,

endoplasmatisches Retikulum,

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

erregbare Membranen.

Bei prokaryotischen Organismen gibt es zusätzlich zur Plasmamembran intrazytoplasmatische Membranformationen; bei heterotrophen Prokaryoten werden sie als solche bezeichnet Mesosomen. Letztere entstehen durch Einstülpung der äußeren Zellmembran und bleiben teilweise mit dieser in Kontakt.

Membran der roten Blutkörperchen besteht aus Proteinen (50 %), Lipiden (40 %) und Kohlenhydraten (10 %). Der Großteil der Kohlenhydrate (93 %) ist an Proteine ​​gebunden, der Rest an Lipide. In der Membran sind Lipide asymmetrisch angeordnet, im Gegensatz zur symmetrischen Anordnung in Mizellen. Cephalin kommt beispielsweise überwiegend in der inneren Lipidschicht vor. Diese Asymmetrie wird offenbar durch die Querbewegung von Phospholipiden in der Membran aufrechterhalten, die mit Hilfe von Membranproteinen und durch Stoffwechselenergie erfolgt. Die innere Schicht der Erythrozytenmembran enthält hauptsächlich Sphingomyelin, Phosphatidylethanolamin und Phosphatidylserin und die äußere Schicht enthält Phosphatidylcholin. Die Membran der roten Blutkörperchen enthält ein integrales Glykoprotein Glycophorin, bestehend aus 131 Aminosäureresten und durchdringt die Membran, und das sogenannte Band-3-Protein, bestehend aus 900 Aminosäureresten. Die Kohlenhydratbestandteile von Glycophorin erfüllen eine Rezeptorfunktion für Influenzaviren, Phytohämagglutinine und eine Reihe von Hormonen. Ein weiteres integrales Protein wurde in der Erythrozytenmembran gefunden, das wenige Kohlenhydrate enthält und die Membran durchdringt. Sie rufen ihn an Tunnelprotein(Komponente a), da angenommen wird, dass es einen Kanal für Anionen bildet. Peripheres Protein assoziiert mit innen Erythrozytenmembran ist Spektrin.

Myelinmembranen , die die Axone von Neuronen umgeben, sind vielschichtig, sie enthalten große Zahl Lipide (etwa 80 %, die Hälfte davon sind Phospholipide). Die Proteine ​​dieser Membranen sind wichtig für die Fixierung darüber liegender Membransalze.

Chloroplastenmembranen. Chloroplasten sind mit einer zweischichtigen Membran bedeckt. Die äußere Membran weist einige Ähnlichkeiten mit der der Mitochondrien auf. Zusätzlich zu dieser Oberflächenmembran verfügen Chloroplasten über ein inneres Membransystem – Lamellen. Die Lamellen bilden entweder abgeflachte Vesikel – Thylakoide, die übereinander angeordnet in Packungen (Granas) gesammelt werden oder ein Stromamembransystem (Stromalamellen) bilden. Die Lamellen von Grana und Stroma auf der Außenseite der Thylakoidmembran sind konzentrierte hydrophile Gruppen, Galakto- und Sulfolipide. Der Phytol-Teil des Chlorophyll-Moleküls 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 Kontaktmembranen der Granathylakoide lokalisiert.

Innere (zytoplasmatische) Membran von Bakterien seine Struktur ähnelt den inneren Membranen von Chloroplasten und Mitochondrien. Darin sind Enzyme der Atmungskette und des aktiven Transports lokalisiert; Enzyme, die an der Bildung von Membrankomponenten beteiligt sind. Der Hauptbestandteil der Bakterienmembranen sind Proteine: Das Protein/Lipid-Verhältnis (nach Gewicht) beträgt 3:1. Die äußere Membran gramnegativer Bakterien enthält im Vergleich zur Zytoplasmamembran 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 Außenmembran ist auch ein spezifisches Lipopolysaccharid. Eine Reihe von Proteinen der Außenmembran dienen als Rezeptoren für Phagen.

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

Somit sind Zellmembranen sehr komplexe Strukturen; Ihre konstituierenden Molekülkomplexe bilden ein geordnetes zweidimensionales Mosaik, das der Membranoberfläche biologische Spezifität verleiht.

Zellmembran - molekulare Struktur, die aus Lipiden und Proteinen besteht. Seine wichtigsten Eigenschaften und Funktionen:

• Trennung des Inhalts einer Zelle von der äußeren Umgebung, um deren Integrität sicherzustellen;
• Kontrolle und Etablierung des Austauschs zwischen Umwelt und Zelle;
• Intrazelluläre Membranen unterteilen die Zelle in spezielle Kompartimente: Organellen oder Kompartimente.

Das lateinische Wort „Membran“ bedeutet „Film“. Wenn wir von der Zellmembran sprechen, dann handelt es sich um eine Kombination aus zwei Filmen mit unterschiedlichen Eigenschaften.

Die biologische Membran umfasst drei Arten von Proteinen:

1. Peripherie – befindet sich auf der Oberfläche der Folie;
2. Integral – dringt vollständig in die Membran ein;
3. Halbintegral – ein Ende dringt in die Bilipidschicht ein.

Welche Funktionen erfüllt die Zellmembran?

1. Die Zellwand ist eine starke Zellmembran, die sich außerhalb der Zytoplasmamembran befindet. Es erfüllt Schutz-, Transport- und Strukturfunktionen. Kommt in vielen Pflanzen, Bakterien, Pilzen und Archaeen vor.

2. Bietet eine Barrierefunktion, d. h. einen selektiven, regulierten, aktiven und passiven Stoffwechsel mit der äußeren Umgebung.

3. Kann Informationen übertragen und speichern und ist auch am Reproduktionsprozess beteiligt.

4. Führt eine Transportfunktion aus, die Substanzen durch die Membran in die Zelle hinein und aus dieser heraus transportieren kann.

5. Die Zellmembran hat eine Einwegleitfähigkeit. Dadurch können Wassermoleküle die Zellmembran ohne Verzögerung passieren und Moleküle anderer Stoffe dringen selektiv ein.

6. Mit Hilfe der Zellmembran werden Wasser, Sauerstoff und Nährstoffe gewonnen und über sie die Produkte des Zellstoffwechsels abtransportiert.

7. Führt den Zellstoffwechsel über Membranen durch und kann diesen mithilfe von drei Hauptreaktionstypen durchführen: Pinozytose, Phagozytose, Exozytose.

8. Die Membran gewährleistet die Spezifität interzellulärer Kontakte.

9. Die Membran enthält zahlreiche Rezeptoren, die chemische Signale wahrnehmen können – Mediatoren, Hormone und viele andere biologisch aktive Substanzen. Es hat also die Kraft, die Stoffwechselaktivität der Zelle zu verändern.

10. Grundlegende Eigenschaften und Funktionen der Zellmembran:

• Matrix
• Barriere
• Transport
• Energie
• Mechanisch
• Enzymatisch
• Rezeptor
• Schützend
• Markierung
• Biopotential

Welche Funktion erfüllt die Plasmamembran in einer Zelle?

1. Begrenzt den Inhalt der Zelle;
2. Führt den Eintritt von Substanzen in die Zelle durch;
3. Sorgt für die Entfernung einer Reihe von Substanzen aus der Zelle.

Zellmembranstruktur

Zellmembranen umfassen Lipide von 3 Klassen:

• Glykolipide;
• Phospholipide;
• Cholesterin.

Die Zellmembran besteht im Wesentlichen aus Proteinen und Lipiden und ist maximal 11 nm dick. 40 bis 90 % aller Lipide sind Phospholipide. Es ist auch wichtig, Glykolipide zu beachten, die einen der Hauptbestandteile der Membran darstellen.

Der Aufbau der Zellmembran ist dreischichtig. In der Mitte befindet sich eine homogene flüssige Bilipidschicht, die auf beiden Seiten von Proteinen bedeckt ist (mosaikartig) und teilweise in die Dicke eindringt. Proteine ​​sind auch notwendig, damit die Membran spezielle Substanzen in die Zellen hinein und aus ihnen heraus zulassen kann, die die Fettschicht nicht durchdringen können. Zum Beispiel Natrium- und Kaliumionen.

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Zellstruktur - Video

Die Zellmembran hat eine ziemlich komplexe Struktur, die mit einem Elektronenmikroskop betrachtet werden kann. Grob gesagt besteht es aus einer Doppelschicht aus Lipiden (Fetten), in die an verschiedenen Stellen verschiedene Peptide (Proteine) eingelagert sind. Die Gesamtdicke der Membran beträgt etwa 5–10 nm.

Allgemeiner Plan Der Aufbau der Zellmembran ist für die gesamte Lebewelt universell. Allerdings enthalten tierische Membranen Cholesterineinschlüsse, die ihre Steifigkeit bestimmen. Die Unterschiede zwischen den Membranen verschiedener Organismenreiche betreffen hauptsächlich die Übermembranformationen (Schichten). Bei Pflanzen und Pilzen befindet sich also oberhalb der Membran (auf der Außenseite) eine Zellwand. Bei Pflanzen besteht es hauptsächlich aus Zellulose und bei Pilzen hauptsächlich aus Chitin. Bei Tieren wird die Supramembranschicht Glykokalyx genannt.

Ein anderer Name für die Zellmembran Zytoplasmamembran oder Plasmamembran.

Eine eingehendere Untersuchung der Struktur der Zellmembran enthüllt viele ihrer Merkmale, die mit den von ihr ausgeübten Funktionen zusammenhängen.

Die Lipiddoppelschicht besteht hauptsächlich aus Phospholipiden. Dabei handelt es sich um Fette, deren eines Ende einen Phosphorsäurerest enthält, der hydrophile Eigenschaften hat (das heißt, er zieht Wassermoleküle an). Das zweite Ende des Phospholipids besteht aus Fettsäureketten mit hydrophoben Eigenschaften (sie bilden keine Wasserstoffbrückenbindungen mit Wasser).

Phospholipidmoleküle in der Zellmembran sind in zwei Reihen angeordnet, sodass ihre hydrophoben „Enden“ innen und ihre hydrophilen „Köpfe“ außen liegen. Das Ergebnis ist eine ziemlich starke Struktur, die den Inhalt der Zelle vor der äußeren Umgebung schützt.

Proteineinschlüsse in der Zellmembran sind ungleichmäßig verteilt, außerdem sind sie mobil (da Phospholipide in der Doppelschicht seitlich beweglich sind). Seit den 70er Jahren des 20. Jahrhunderts begann man darüber zu reden Flüssigkeitsmosaikstruktur der Zellmembran.

Je nachdem, wie das Protein in die Membran eingebunden ist, werden drei Arten von Proteinen unterschieden: integrale, semi-integrale und periphere Proteine. Integrale Proteine ​​​​durchdringen die gesamte Dicke der Membran und ihre Enden ragen auf beiden Seiten daraus hervor. Sie erfüllen hauptsächlich eine Transportfunktion. Bei halbintegralen Proteinen befindet sich ein Ende in der Dicke der Membran und das zweite geht nach außen (von außen oder innen). Führen Sie Enzym- und Rezeptorfunktionen aus. Periphere Proteine ​​befinden sich auf der äußeren oder inneren Oberfläche der Membran.

Die Strukturmerkmale der Zellmembran weisen darauf hin, dass sie der Hauptbestandteil des Zelloberflächenkomplexes ist, aber nicht der einzige. Seine weiteren Bestandteile sind die Supramembranschicht und die Submembranschicht.

Die Glykokalyx (die Supramembranschicht von Tieren) wird von Oligosacchariden und Polysacchariden sowie peripheren Proteinen und hervorstehenden Teilen integraler Proteine ​​gebildet. Die Bestandteile der Glykokalyx erfüllen eine Rezeptorfunktion.

Neben der Glykokalyx verfügen tierische Zellen auch über andere supramembranäre Gebilde: Schleim, Chitin, Perilemma (membranartig).

Die Supramembranformation bei Pflanzen und Pilzen ist die Zellwand.

Die Submembranschicht der Zelle ist das Oberflächenzytoplasma (Hyaloplasma) mit dem darin enthaltenen unterstützenden und kontraktilen System der Zelle, dessen Fibrillen mit in der Zellmembran enthaltenen Proteinen interagieren. Über solche molekularen Verbindungen werden verschiedene Signale übertragen.

Hauptsächlich Struktureinheit lebender Organismus – eine Zelle, bei der es sich um einen differenzierten Abschnitt des Zytoplasmas handelt, der von einer Zellmembran umgeben ist. Da die Zelle viele wichtige Funktionen wie Fortpflanzung, Ernährung und Bewegung erfüllt, muss die Membran plastisch und dicht sein.

Geschichte der Entdeckung und Erforschung der Zellmembran

Im Jahr 1925 führten Grendel und Gorder ein erfolgreiches Experiment durch, um die „Schatten“ roter Blutkörperchen oder leerer Membranen zu identifizieren. Trotz mehrerer Fehler entdeckten Wissenschaftler die Lipiddoppelschicht. Ihre Arbeit wurde 1935 von Danielli, Dawson und 1960 von Robertson fortgesetzt. Als Ergebnis langjähriger Arbeit und einer Anhäufung von Argumenten erstellten Singer und Nicholson 1972 ein Fluid-Mosaik-Modell der Membranstruktur. Weitere Experimente und Studien bestätigten die Arbeiten der Wissenschaftler.

Bedeutung

Was ist eine Zellmembran? Dieses Wort wurde vor mehr als hundert Jahren verwendet; aus dem Lateinischen übersetzt bedeutet es „Film“, „Haut“. So wird die Zellgrenze bezeichnet, die eine natürliche Barriere zwischen dem inneren Inhalt und der äußeren Umgebung darstellt. Die Struktur der Zellmembran impliziert eine Halbdurchlässigkeit, wodurch Feuchtigkeit sowie Nährstoffe und Abbauprodukte ungehindert passieren können. Diese Hülle kann als Hauptstrukturbestandteil der Zellorganisation bezeichnet werden.

Betrachten wir die Hauptfunktionen der Zellmembran

1. Trennt den inneren Inhalt der Zelle von den Komponenten der äußeren Umgebung.

2. Trägt zur Aufrechterhaltung einer konstanten chemischen Zusammensetzung der Zelle bei.

3. Reguliert den richtigen Stoffwechsel.

4. Bietet Kommunikation zwischen Zellen.

5. Erkennt Signale.

6. Schutzfunktion.

„Plasmahülle“

Die äußere Zellmembran, auch Plasmamembran genannt, ist ein ultramikroskopischer Film mit einer Dicke von fünf bis sieben Nanomillimetern. Es besteht hauptsächlich aus Proteinverbindungen, Phospholiden und Wasser. Der Film ist elastisch, nimmt leicht Wasser auf und stellt nach einer Beschädigung schnell seine Integrität wieder her.

Es hat eine universelle Struktur. Diese Membran nimmt eine Grenzposition ein, beteiligt sich am Prozess der selektiven Permeabilität, der Entfernung von Zerfallsprodukten und synthetisiert diese. Die Beziehung zu seinen „Nachbarn“ und der zuverlässige Schutz des inneren Inhalts vor Beschädigungen machen es zu einem wichtigen Bestandteil unter anderem für den Aufbau der Zelle. Die Zellmembran tierischer Organismen ist manchmal mit einer dünnen Schicht bedeckt – der Glykokalyx, die Proteine ​​und Polysaccharide enthält. Pflanzenzellen außerhalb der Membran werden durch eine Zellwand geschützt, die als Stütze dient und ihre Form beibehält. Der Hauptbestandteil seiner Zusammensetzung sind Ballaststoffe (Zellulose) – ein wasserunlösliches Polysaccharid.

Somit hat die äußere Zellmembran die Funktion der Reparatur, des Schutzes und der Interaktion mit anderen Zellen.

Struktur der Zellmembran

Die Dicke dieser beweglichen Hülle variiert zwischen sechs und zehn Nanomillimetern. Die Zellmembran einer Zelle hat eine besondere Zusammensetzung, deren Grundlage eine Lipiddoppelschicht ist. Hydrophobe Schwänze, die gegenüber Wasser inert sind, befinden sich im Inneren, während hydrophile Köpfe, die mit Wasser interagieren, nach außen zeigen. Jedes Lipid ist ein Phospholipid, das aus der Wechselwirkung von Substanzen wie Glycerin und Sphingosin entsteht. Das Lipidgerüst ist eng von Proteinen umgeben, die in einer nicht kontinuierlichen Schicht angeordnet sind. Einige von ihnen tauchen in die Lipidschicht ein, der Rest passiert sie. Dadurch entstehen wasserdurchlässige Bereiche. Die Funktionen dieser Proteine ​​sind unterschiedlich. Einige davon sind Enzyme, der Rest sind Transportproteine, die verschiedene Stoffe aus der äußeren Umgebung in das Zytoplasma und zurück transportieren.

Die Zellmembran ist von integralen Proteinen durchdrungen und eng mit ihnen verbunden, während die Verbindung mit peripheren Proteinen weniger stark ist. Diese Proteine ​​erfüllen eine wichtige Funktion: Sie halten die Struktur der Membran aufrecht, empfangen und wandeln Signale aus der Umgebung um, transportieren Substanzen und katalysieren Reaktionen, die auf Membranen ablaufen.

Verbindung

Die Basis der Zellmembran ist eine bimolekulare Schicht. Dank ihrer Kontinuität verfügt die Zelle über Barriere- und mechanische Eigenschaften. An verschiedene Stadien Die lebenswichtige Aktivität dieser Doppelschicht kann gestört sein. Dadurch entstehen strukturelle Defekte durch hydrophile Poren. In diesem Fall können sich absolut alle Funktionen einer Komponente wie der Zellmembran ändern. Der Kern kann unter äußeren Einflüssen leiden.

Eigenschaften

Die Zellmembran einer Zelle hat interessante Funktionen. Aufgrund ihrer Fließfähigkeit ist diese Membran keine starre Struktur und der Großteil der Proteine ​​und Lipide, aus denen sie besteht, bewegt sich frei auf der Ebene der Membran.

Im Allgemeinen ist die Zellmembran asymmetrisch, sodass die Zusammensetzung der Protein- und Lipidschichten variiert. Plasmamembranen in tierischen Zellen mit ihren eigenen draußen verfügen über eine Glykoproteinschicht, die Rezeptor- und Signalfunktionen übernimmt und auch eine wichtige Rolle beim Zusammenschluss von Zellen zu Gewebe spielt. Die Zellmembran ist polar, das heißt, die Ladung an der Außenseite ist positiv und die Ladung an der Innenseite negativ. Darüber hinaus verfügt die Zellmembran über selektive Einblicke.

Das bedeutet, dass neben Wasser nur eine bestimmte Gruppe von Molekülen und Ionen gelöster Stoffe in die Zelle gelangen. Die Konzentration einer Substanz wie Natrium ist in den meisten Zellen viel geringer als in der äußeren Umgebung. Kaliumionen haben ein anderes Verhältnis: Ihre Menge in der Zelle ist viel höher als in der Umwelt. Dabei neigen Natriumionen dazu, die Zellmembran zu durchdringen, während Kaliumionen eher nach außen abgegeben werden. Unter diesen Umständen wird die Membran aktiviert spezielles System, das eine „Pump“-Funktion übernimmt und die Konzentration von Substanzen ausgleicht: Natriumionen werden an die Oberfläche der Zelle gepumpt und Kaliumionen werden in das Innere der Zelle gepumpt. Diese Funktion ist an den wichtigsten Funktionen der Zellmembran beteiligt.

Diese Tendenz von Natrium- und Kaliumionen, sich von der Oberfläche nach innen zu bewegen, spielt eine große Rolle beim Transport von Zucker und Aminosäuren in die Zelle. Durch die aktive Entfernung von Natriumionen aus der Zelle schafft die Membran Bedingungen für die neue Aufnahme von Glukose und Aminosäuren im Inneren. Im Gegenteil, bei der Übertragung von Kaliumionen in die Zelle wird die Zahl der „Transporter“ von Zerfallsprodukten aus dem Inneren der Zelle in die äußere Umgebung wieder aufgefüllt.

Wie erfolgt die Zellernährung durch die Zellmembran?

Viele Zellen nehmen Stoffe durch Prozesse wie Phagozytose und Pinozytose auf. Bei der ersten Option erzeugt eine flexible Außenmembran eine kleine Vertiefung, in der das eingefangene Partikel landet. Der Durchmesser der Aussparung wird dann größer, bis das eingeschlossene Partikel in das Zytoplasma der Zelle gelangt. Durch die Phagozytose werden einige Protozoen, wie zum Beispiel Amöben, sowie Blutzellen – Leukozyten und Phagozyten – ernährt. Ebenso nehmen Zellen Flüssigkeit auf, die die notwendigen Nährstoffe enthält. Dieses Phänomen wird Pinozytose genannt.

Die äußere Membran ist eng mit dem endoplasmatischen Retikulum der Zelle verbunden.

Viele Arten von Hauptgewebebestandteilen weisen Vorsprünge, Falten und Mikrovilli auf der Oberfläche der Membran auf. Pflanzenzellen Die Außenseite dieser Schale ist mit einer anderen dicken Schale bedeckt, die unter dem Mikroskop deutlich sichtbar ist. Die Fasern, aus denen sie bestehen, tragen zur Bildung einer Gewebeunterstützung bei pflanzlichen Ursprungs, zum Beispiel Holz. Auch tierische Zellen verfügen über eine Reihe äußerer Strukturen, die auf der Zellmembran sitzen. Sie haben ausschließlich schützenden Charakter, ein Beispiel hierfür ist Chitin, das in den Hautzellen von Insekten enthalten ist.

Neben der Zellmembran gibt es eine intrazelluläre Membran. Seine Funktion besteht darin, die Zelle in mehrere spezialisierte geschlossene Kompartimente – Kompartimente oder Organellen – zu unterteilen, in denen eine bestimmte Umgebung aufrechterhalten werden muss.

Daher kann die Rolle eines solchen Bestandteils der Grundeinheit eines lebenden Organismus wie der Zellmembran nicht überschätzt werden. Die Struktur und Funktionen deuten auf eine deutliche Vergrößerung der gesamten Zelloberfläche hin, also eine Verbesserung Stoffwechselprozesse. Diese molekulare Struktur besteht aus Proteinen und Lipiden. Die Membran trennt die Zelle von der äußeren Umgebung und gewährleistet ihre Integrität. Mit seiner Hilfe werden die interzellulären Verbindungen auf einem ziemlich starken Niveau aufrechterhalten und Gewebe bilden. In diesem Zusammenhang können wir den Schluss ziehen, dass die Zellmembran eine der wichtigsten Rollen in der Zelle spielt. Die Struktur und die von ihr ausgeführten Funktionen unterscheiden sich in den verschiedenen Zellen je nach ihrem Zweck grundlegend. Durch diese Merkmale werden vielfältige physiologische Aktivitäten der Zellmembranen und ihre Rolle bei der Existenz von Zellen und Geweben erreicht.

Es hat eine Dicke von 8-12 nm und ist daher nicht mit einem Lichtmikroskop zu untersuchen. Die Struktur der Membran wird mit einem Elektronenmikroskop untersucht.

Die Plasmamembran besteht aus zwei Lipidschichten – einer Bilipidschicht oder Doppelschicht. Jedes Molekül besteht aus einem hydrophilen Kopf und einem hydrophoben Schwanz, und in biologischen Membranen befinden sich Lipide mit dem Kopf nach außen und dem Schwanz nach innen.

In der Bilipidschicht sind zahlreiche Proteinmoleküle eingebettet. Einige von ihnen befinden sich auf der Oberfläche der Membran (außen oder innen), andere durchdringen die Membran.

Funktionen der Plasmamembran

Die Membran schützt den Zellinhalt vor Schäden, behält die Form der Zelle bei, lässt notwendige Substanzen selektiv in die Zelle gelangen und Stoffwechselprodukte abtransportieren und sorgt außerdem für die Kommunikation zwischen Zellen.

Die Barriere- und Abgrenzungsfunktion der Membran übernimmt eine Doppelschicht aus Lipiden. Es verhindert, dass sich der Zellinhalt ausbreitet und vermischt Umfeld oder Interzellularflüssigkeit und verhindert das Eindringen gefährlicher Substanzen in die Zelle.

Eine Reihe der wichtigsten Funktionen der Zytoplasmamembran werden von darin eingebetteten Proteinen ausgeführt. Mit Hilfe von Rezeptorproteinen kann es verschiedene Reize auf seiner Oberfläche wahrnehmen. Es bilden sich Transportproteine die besten Sender, durch die Kalium, Kalzium und andere Ionen mit kleinem Durchmesser in die Zelle hinein und aus ihr heraus gelangen. Proteine ​​sorgen für lebenswichtige Prozesse im Körper selbst.

Große Nahrungspartikel, die dünne Membrankanäle nicht passieren können, gelangen durch Phagozytose oder Pinozytose in die Zelle. Der allgemeine Name für diese Prozesse ist Endozytose.

Wie kommt es zur Endozytose – dem Eindringen großer Nahrungspartikel in die Zelle?

Das Nahrungspartikel kommt mit der äußeren Membran der Zelle in Kontakt und an dieser Stelle bildet sich eine Einstülpung. Dann dringt das von einer Membran umgebene Partikel in die Zelle ein, es bildet sich ein Verdauungsbläschen und Verdauungsenzyme dringen in das entstandene Vesikel ein.

Weiße Blutkörperchen, die fremde Bakterien einfangen und verdauen können, werden Phagozyten genannt.

Bei der Pinozytose werden durch die Einstülpung der Membran keine festen Partikel, sondern Flüssigkeitströpfchen mit darin gelösten Substanzen eingefangen. Dieser Mechanismus ist einer der Hauptwege für Substanzen, in die Zelle einzudringen.

Pflanzenzellen, die über der Membran mit einer harten Zellwandschicht bedeckt sind, sind nicht zur Phagozytose fähig.

Der umgekehrte Prozess der Endozytose ist die Exozytose. Synthetisierte Substanzen (z. B. Hormone) werden in Membranvesikeln verpackt, nähern sich der Membran, werden in diese eingebaut und der Inhalt der Vesikel wird aus der Zelle freigesetzt. Auf diese Weise kann die Zelle unnötige Stoffwechselprodukte ausscheiden.