Zellmembran
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Zellmembran Zellmembran (TEM) (100.000 x) Die Zellmembran ist der äußere Abschluß des Zellinhalts jeder Zelle. Bei Pflanzen- und Bakterienzellen liegt ihr außen noch eine Zellwand auf. Die Zellmembran ist eine Doppelmembran wie nachfolgendes ELMI-Bild zeigt. Man sieht die Grenze zwischen zwei Zellen mit dem interzellulären Raum und den beiden Doppelmembranen. Sie wird auch Einheitsmembran genannt. 1 Aufbau einer Einheitsmembran • Alle Membranen bestehen aus Proteinen und Fetten (Lipide). Die Anteile der beiden Bestandteile variieren jedoch. Beispiel: • Die Zellmembran der Isolierungsschicht bei Nervenzellen • ( = Neuronen) genannt Myelin enthält nur 18% Proteine und 76% Lipide. • Die innere Mitochondrienmembran enthält 76% Proteine and nur 24% Lipide. • Plasmamembranen der menschlichen Erythrozyten (roten Blutkörperchen) und Mäuseleber bestehen aus nahezu gleichen Mengen Proteine (44, bzw. 49% ) und aus Lipide zu 43, bzw. 52%. • Der grundsätzliche Aufbau wird in der nächsten Abbildung dargestellt. 2 Aufbau einer typischen Zellmembran In einer Doppelschicht sind Proteine und Lipide in verschiedenen Formen in die Membran eingelagert sind. Nach außen ragen die Fortsätze verschiedener Glykolipide und Lipoproteide: Die Lipidmoleküle sind in den Abbildungen als Kugeln mit in der Regel 2 Schwänzen dargestellt. Diese lagern sich so aneinander, daß die Kugeln eine Ebene bilden und die Schwänze senkrecht aus dieser Ebene herausstehen. 3 Zellmembran • Membranlipidmolekül • Bei einer Doppelmembran sind die Schwänze einander zugerichtet. Die Kugeln bilden immer den äußeren Abschluß; sie sind wasserlöslich (= hydrophil). • Die beiden Schwänze stellen den fettlöslichen ( = hydrophoben) Teil dar. Eine Membran ist also außen wasserlöslich und innen fettlöslich. Membranlipide • Im Computermodell sind 20 solcher Lipidmoleküle parallel nebeneinander angeordnet. 4 Tunnelproteine • Aus der genauen chemischen Bezeichnung (z.B. Palmitoyl-) kann man auf die enthaltene Fettsäure Palmitinsäure schließen. • Durch den Aufbau der Membran aus diesen speziellen Lipidmolekülen hat die Membran ganz bestimmte Permeabilitätseigenschaften (Permeabilität = Durchlässigkeit) • Allgemein gesagt ist sie semipermeabel ( = halbdurchlässig), d.h. bestimmte Stoffe passieren die Membran, andere nicht. 5 Tunnelproteine • Auch die Ladung und Löslichkeit der Stoffe, die durch die Membran wollen, spielen eine Rolle. • Geladene Teilchen wie Ionen müssen meist unter Energieaufwand (aktiv) mit speziellen Ionenpumpen durch die Membran gepumpt werden. • Dies gilt auch für so wichtige Stoffe wie Glucose (= Traubenzucker) und Aminosäuren. Alle fettlöslichen Stoffe können meist problemlos die Membran durchdringen. 6 Tunnelproteine Die Proteine in einer Membran haben besondere Aufgaben. Sie dienen als z.B. als Tunnelproteine; um bestimmte Stoffe, die von alleine nicht hindurchtreten können, unter Energieaufwand hindurchzuschleusen oder sie bilden Rezeptoren (= "Antennen"), um mit Botenstoffen wie Hormonen Kontakt aufzunehmen (Signale aufzunehmen) und dadurch Vorgänge in der Zelle auzulösen. Weiterhin können Viren in die Zelle eindringen. 7 Interaktion mit der Zellmembran Hier sind verschiedene Rezeptoren einer Zellmemban abgebildet. Diese können aus Proteinen oder aus Glykoproteinen (Eiweiße mit Kohlenhydraten) bestehen. 8 Bedeutung der Cytoplasmamembran Trennung von Reaktionsräumen: • Semipermeable ( = halbdurchlässige) Membran beim Stofftransport, d.h. manche Stoffe können passieren, andere nicht. Sie besitzt Membranporen. • Ankerpunkt für das Cytoskelett zur Aufrechterhaltung der Form. • Bindung und Reaktionsort von Enzymen • Membranen besitzen an der Außenseite Rezeptoren zur Erkennung von Signalstoffen wie Hormone. • Manche Zellen wie Nierenzellen haben einen Saum fingerartiger Ausstülpungen, Mikrovilli genannt zur Oberflächenvergrößerung, dies gilt auch für Darmzotten. • Die Aufnahme von Flüssigkeit nennt man Pinocytose. • Die Aufnahme von festen Partikeln heißt Phagocytose. 9 Signalproteine 10 Signalproteine 11 Signalproteine 12 Signalproteine 13 Lipidmembran 14 Lipidmembran 15 Lipidmembran 16 Lipidmembran 17 Lipidmembran 18 Lipidmembran 19 Protein-Lipid Binding Experimente 20 Actin Related Protein (Arp2) inserts into Artifical Lipid Membranes 21 Actin Related Protein (Arp2) 22 Structure Prediction of Arp2 23 Possible Hydrophobic Interaction • Result from Computer analyses: • Residue • (amino acid 185-202) RDVTRYLIKLLLLRG YVF. Interact with the hydrophobic region of the lipid membrane 24 Differential Scanning Calorimeter Principal Results 25 Filmbalance Principal Results 26 Stopped Flow Apparatus 27
