111_AB_Biomembran - e

D IE B IO M E M B R A N
A UFBAU & F UNKTION
Die Zellen aller Lebewesen können nur existieren, weil sie ihr Inneres von der Umgebung
durch eine Zellmembran abgrenzen können
(Abb. 1). Dadurch sind die Zellen in der Lage
zu bestimmen, welche chemischen Stoffe
diese Zellmembran wo und zu welcher Zeit
durchqueren können.
Komplexer gebaute Zellen haben zudem auch
innerhalb der Zelle viele verschiedene Bereiche (Organellen) durch ähnlich aufgebaute
Biomembranen abgegrenzt. Dadurch können
in der Zelle gleichzeitig ganz unterschiedliche
Arbeiten durch unterschiedliche Moleküle
ausgeführt werden.
1 DAS PHOSPHOLIPID
Das Phospholipid ist der Grundbaustein der
Biomembran. Viele der chemischen Details
von Phospholipiden sind für uns momentan
nicht interessant. Eines ist aber entscheidend
für das Verständnis des Zellaufbaus.
Der obere, ovale Teil in der Darstellung der
Phospholipide ist hydrophil (wasserliebend).
Das bedeutet, dass er gut mit Wasser mischbar ist. Der untere Teil, der aus zwei langen
Ketten besteht, ist lipophil (fettliebend). Er ist
als gut mit Fetten und Ölen mischbar.
2 DIE ENTDECKUNG
Obwohl nähere Einzelheiten zum Bau der Biomembran erst in den letzten 25 Jahren erforscht wurden, gelang bereits im Jahre 1925
ein grundlegendes Experiment, das ein wesentliches Bauprinzip von Biomembranen
deutlich machte (Abb. 3).
Die Biologen E. Gorter und F. Grendel extrahierten mit Hilfe von Aceton die Membranlipide aus roten Blutkörperchen (Erythrocyten)
und übertrugen diesen Extrakt auf eine Wasseroberfläche. Das Aceton verdampfte, und es
bildete sich ein geschlossener Film auf der
Wasseroberfläche.
Die beiden Biologen berechneten die Schichtdicke des Films. Dabei fanden die Forscher
heraus, dass sie genau eine Lage von Phospholipidmolekülen entsprach. Dies nennt man
eine mono-molekulare Schicht.
Abb. 1: Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme einer Zellmembran.
Die Biomembran trennt das Zelläussere (oben) vom Zellinnern (unten). Der Referenzbalken ist 7 nm lang.
Diese monomolekulare Schicht bedeckte
schließlich eine Fläche, die etwa der doppelten Oberfläche aller verwendeten Erythrocyten
entsprach.
Der Name ‚Phospholipid’ stammt im übrigen
vom Phosphoratom im hydrophilen Teil und
vom Lipid (Fett) im lipophilen Teil.
AUFGABEN
1. Diskutieren Sie in Kleingruppen, wie eine
Biomembran aufgebaut sein könnte.
Stützen Sie sich dabei auf Informationen
aus Abbildung 1 und 2.
!
2. Skizzieren Sie ein Modell für eine Biomembran auf eine separates Blatt Papier.
3. Erklären Sie auf einem separaten Blatt,
wieso der erhaltene Lipidfilm doppelt so
gross war wie die Summe der Erythrocytenoberflächen!
Abb. 2: Drei verschiedene Moleküle von Phospholipiden (A-C).
Jeder Strich in der Moleküldarstellung repräsentiert eine Verbindung zwischen zwei Atomen.
Abb. 3: Schematische Darstellung des Experiments von
Gorter und Grendel.
Die Moleküle enthalten verschiedene Atome. N steht für das Element Stickstoff, O für Sauerstoff, P für Phosphor und H für
Wasserstoff. Die meisten Wasserstoffatome sind jedoch nicht eingezeichnet.
Ebenfalls nicht explizit beschriftet sind die Kohlenstoffatome, die das eigentliche Gerüst des Moleküls bilden. Sie sind an
jedem Strichende anzutreffen, wo nicht ein anderes Element notiert ist (d.h. auch bei jedem Knick).
BIO 1 – ZELLBIOLOGIE
111 - I
AUFGABEN
1. Erklären Sie die Bedeutung der präsentierten Stichworte zum Fliessmosaikmodell!
(Stichworte auf Dia)
2. KNIFFLIG
Damit biochemische Reaktionen in einer
Zelle ablaufen können, müssen sich meistens zwei oder mehr Moleküle treffen.
Häufig ist eine Zelle so eingerichtet, dass
solche biochemische Reaktionen in oder
an einer Biomembran stattfinden. Dadurch
wird die Wahrscheinlichkeit für die biochemische Reaktion erhöht. Wieso?
3. Lesen Sie im LINDER23 auf S. 47 den Abschnitt 1.11 „Bau und Funktion von Membranen“!
Beschreiben Sie...
...den Proteingehalt in Biomembranen.
...die Kompartimentierungsregel.
... freie Membranenden.
4. Nebenan sehen Sie in Abbildung 4 einen
Ausschnitt
aus
einer
Zellmembran.
Erläutern Sie, auf welcher Seite der
Membran das Zellinnere zu finden ist.
5. KNIFFLIG
In Abbildung 5 sehen Sie dargestellt, wie
gut verschiedene Moleküle durch eine biologische Membran und durch eine künstliche Lipiddoppelschicht hindurch treten
können.
Dargestellt
ist
die
Permeabilität
(=Durchlässigkeit); je grösser die Werte
sind, desto leichter kann das Molekül
durch
die
Membran.
Versuchen Sie, die Aussage der Grafik in
Worten
zu
fassen.
Haben Sie eine Erklärung für die Aussage
der Grafik?
Abb. 4: Ausschnitt aus einer Zellmembran
Abb. 5: Permeabilität von biologischen und künstlichen Membranen
BIO 1 – ZELLBIOLOGIE
111 - II