Struktur der Zellmembran. Membran – was ist das? Biologische Membran: Funktionen und Struktur

biologische Membranen.
Der Begriff „Membran“ (lat. membrana – Haut, Film) wurde bereits vor mehr als 100 Jahren verwendet, um die Zellgrenze zu bezeichnen, die einerseits als Barriere zwischen dem Zellinhalt und der äußeren Umgebung dient , und andererseits als halbdurchlässige Trennwand, durch die Wasser und einige Substanzen passieren können. Die Funktionen der Membran sind jedoch nicht erschöpft, da biologische Membranen die Grundlage der strukturellen Organisation der Zelle bilden.
Die Struktur der Membran. Gemäß diesem Modell ist die Hauptmembran eine Lipiddoppelschicht, in der die hydrophoben Enden der Moleküle nach innen und die hydrophilen Köpfe nach außen gerichtet sind. Lipide werden durch Phospholipide dargestellt - Derivate von Glycerin oder Sphingosin. Proteine sind an der Lipidschicht befestigt. Integrale (Transmembran-)Proteine durchdringen die Membran und sind mit ihr fest verbunden; peripher dringen nicht ein und sind weniger fest mit der Membran verbunden. Funktionen von Membranproteinen: Aufrechterhaltung der Struktur von Membranen, Empfang und Umwandlung von Signalen aus der Umwelt. Umwelt, Transport bestimmter Substanzen, Katalyse von Reaktionen, die an Membranen ablaufen. die Membrandicke beträgt 6 bis 10 nm.

Membraneigenschaften:
1. Fließfähigkeit. Die Membran ist keine starre Struktur; die meisten ihrer Proteine und Lipide können sich in der Ebene der Membranen bewegen.
2. Asymmetrie. Die Zusammensetzung der äußeren und inneren Schichten von Proteinen und Lipiden ist unterschiedlich. Darüber hinaus haben die Plasmamembranen tierischer Zellen außen eine Schicht aus Glykoproteinen (eine Glykokalyx, die Signal- und Rezeptorfunktionen erfüllt und auch wichtig ist, um Zellen zu Geweben zu verbinden).
3. Polarität. Die Außenseite der Membran trägt eine positive Ladung, während die Innenseite eine negative Ladung trägt.
4. Selektive Permeabilität. Die Membranen lebender Zellen lassen neben Wasser nur bestimmte Moleküle und Ionen gelöster Substanzen durch (die Verwendung des Begriffs „Semipermeabilität“ in Bezug auf Zellmembranen ist nicht ganz korrekt, da dieses Konzept impliziert, dass die Membran nur Lösungsmittel durchlässt Moleküle, während alle Moleküle und gelösten Ionen erhalten bleiben.)

Die äußere Zellmembran (Plasmalemma) ist ein ultramikroskopischer Film von 7,5 nm Dicke, bestehend aus Proteinen, Phospholipiden und Wasser. Elastischer Film, der von Wasser gut benetzt wird und nach Beschädigungen schnell seine Integrität wiedererlangt. Es hat eine universelle Struktur, die für alle biologischen Membranen typisch ist. Die Grenzstellung dieser Membran, ihre Teilnahme an den Prozessen der selektiven Permeabilität, Pinozytose, Phagozytose, Ausscheidung von Ausscheidungsprodukten und Synthese in Verbindung mit benachbarten Zellen und der Schutz der Zelle vor Schäden machen ihre Rolle äußerst wichtig. Tierische Zellen außerhalb der Membran sind manchmal mit einer dünnen Schicht aus Polysacchariden und Proteinen bedeckt - der Glykokalyx. Pflanzenzellen außerhalb der Zellmembran haben eine starke Zellwand, die eine äußere Stütze schafft und die Form der Zelle beibehält. Es besteht aus Ballaststoffen (Cellulose), einem wasserunlöslichen Polysaccharid.

Zellmembran

Bild einer Zellmembran. Kleine blaue und weiße Kugeln entsprechen den hydrophoben "Köpfen" der Phospholipide, und die daran befestigten Linien entsprechen den hydrophilen "Schwänzen". Die Abbildung zeigt nur integrale Membranproteine (rote Kügelchen und gelbe Helices). Gelbe ovale Punkte innerhalb der Membran - Cholesterinmoleküle Gelbgrüne Perlenketten an der Außenseite der Membran - Oligosaccharidketten, die die Glykokalyx bilden

Die biologische Membran umfasst auch verschiedene Proteine: integral (die Membran durchdringend), semiintegral (mit einem Ende in die äußere oder innere Lipidschicht eingetaucht), Oberfläche (an der Außenseite oder angrenzend an die Innenseiten der Membran gelegen). Einige Proteine sind die Kontaktpunkte der Zellmembran mit dem Zytoskelett innerhalb der Zelle und der Zellwand (falls vorhanden) außerhalb. Einige der integralen Proteine fungieren als Ionenkanäle, verschiedene Transporter und Rezeptoren.

Funktionen

Barriere - sorgt für einen geregelten, selektiven, passiven und aktiven Stoffwechsel mit der Umwelt. Beispielsweise schützt die Peroxisomenmembran das Zytoplasma vor zellgefährdenden Peroxiden. Selektive Permeabilität bedeutet, dass die Permeabilität einer Membran für verschiedene Atome oder Moleküle von ihrer Größe, elektrischen Ladung und chemischen Eigenschaften abhängt. Selektive Permeabilität sorgt dafür, dass die Zelle und Zellkompartimente von der Umgebung getrennt und mit den notwendigen Stoffen versorgt werden.
Transport - durch die Membran findet ein Stofftransport in die Zelle und aus der Zelle heraus statt. Der Transport durch die Membranen sorgt für: die Zufuhr von Nährstoffen, die Entfernung von Stoffwechselendprodukten, die Sekretion verschiedener Substanzen, die Schaffung von Ionengradienten, die Aufrechterhaltung der optimalen Konzentration von Ionen in der Zelle, die für das Funktionieren notwendig sind zelluläre Enzyme.
Partikel, die aus irgendeinem Grund die Phospholipid-Doppelschicht nicht passieren können (z. B. aufgrund hydrophiler Eigenschaften, da die Membran innen hydrophob ist und hydrophile Substanzen nicht passieren lässt, oder aufgrund ihrer Größe), aber für die Zelle notwendig sind , können durch spezielle Trägerproteine (Transporter) und Kanalproteine oder durch Endozytose in die Membran eindringen.
Beim passiven Transport durchqueren Substanzen die Lipiddoppelschicht ohne Energieaufwand entlang des Konzentrationsgradienten durch Diffusion. 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.
Aktiver Transport erfordert Energie, da er gegen einen Konzentrationsgradienten erfolgt. Auf der Membran befinden sich spezielle Pumpproteine, darunter die ATPase, die aktiv Kaliumionen (K+) in die Zelle pumpt und Natriumionen (Na+) aus ihr herauspumpt.
Matrix - bietet eine bestimmte relative Position und Orientierung von Membranproteinen, deren optimale Wechselwirkung.
mechanisch - gewährleistet die Autonomie der Zelle, ihre intrazellulären Strukturen sowie die Verbindung mit anderen Zellen (in Geweben). Zellwände spielen eine wichtige Rolle bei der Bereitstellung mechanischer Funktionen und bei Tieren - Interzellularsubstanz.
Energie - während der Photosynthese in Chloroplasten und der Zellatmung in Mitochondrien arbeiten Energieübertragungssysteme in ihren Membranen, an denen auch Proteine beteiligt sind;
Rezeptor - einige Proteine, die sich in der Membran befinden, sind Rezeptoren (Moleküle, mit denen die Zelle bestimmte Signale wahrnimmt).
Beispielsweise wirken im Blut zirkulierende Hormone nur auf Zielzellen, die über entsprechende Rezeptoren für diese Hormone verfügen. Neurotransmitter (Chemikalien, die Nervenimpulse leiten) binden auch an spezifische Rezeptorproteine auf Zielzellen.
enzymatisch - Membranproteine sind oft Enzyme. Beispielsweise enthalten die Plasmamembranen von Darmepithelzellen Verdauungsenzyme.
Umsetzung der Erzeugung und Weiterleitung von Biopotentialen.
Mit Hilfe der Membran wird in der Zelle eine konstante Ionenkonzentration 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.
Zellmarkierung – auf der Membran befinden sich Antigene, die als Marker fungieren – „Etiketten“, mit denen die Zelle identifiziert werden kann. 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.

Struktur und Zusammensetzung von Biomembranen

Membranen bestehen aus drei Klassen von Lipiden: Phospholipiden, Glykolipiden und Cholesterin. Phospholipide und Glykolipide (Lipide mit daran gebundenen Kohlenhydraten) bestehen aus zwei langen hydrophoben Kohlenwasserstoff-"Schwänzen", die mit einem geladenen hydrophilen "Kopf" verbunden sind. Cholesterin versteift die Membran, indem es den freien Raum zwischen den hydrophoben Lipidschwänzen einnimmt und verhindert, dass sie sich biegen. Daher sind Membranen mit niedrigem Cholesteringehalt flexibler, während solche mit hohem Cholesteringehalt steifer und spröder sind. Cholesterin dient auch als „Stopper“, der die Bewegung polarer Moleküle aus und in die Zelle verhindert. Ein wichtiger Teil der Membran besteht aus Proteinen, die sie durchdringen und für verschiedene Eigenschaften von Membranen verantwortlich sind. Ihre Zusammensetzung und Orientierung in verschiedenen Membranen unterscheiden sich.

Zellmembranen sind oft asymmetrisch, das heißt, die Schichten unterscheiden sich in der Lipidzusammensetzung, dem Übergang eines einzelnen Moleküls von einer Schicht zur anderen (sog Flip Flops) ist schwierig.

Membranorganellen

Dies sind geschlossene einzelne oder miteinander verbundene Abschnitte des Zytoplasmas, die durch Membranen vom Hyaloplasma getrennt sind. Einzelmembranorganellen umfassen das endoplasmatische Retikulum, den Golgi-Apparat, Lysosomen, Vakuolen, Peroxisomen; zu Zweimembran - Kern, Mitochondrien, Plastiden. Die Struktur der Membranen verschiedener Organellen unterscheidet sich in der Zusammensetzung von Lipiden und Membranproteinen.

Gezielte Durchlässigkeit

Zellmembranen haben eine selektive Permeabilität: Glukose, Aminosäuren, Fettsäuren, Glycerin und Ionen diffundieren langsam durch sie, und die Membranen selbst regulieren diesen Prozess bis zu einem gewissen Grad 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: Diffusion, Osmose, aktiver Transport und Exo- oder Endozytose. Die ersten beiden Prozesse sind passiver Natur, dh sie benötigen keine Energie; die letzten beiden sind aktive Prozesse, die mit dem Energieverbrauch verbunden sind.

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.

siehe auch

Literatur

Antonov V. F., Smirnova E. N., Shevchenko E. V. Lipidmembranen bei Phasenübergängen. -M.: Nauka, 1994.
Gennis R. Biomembranen. Molekulare Struktur und Funktionen: Übersetzung aus dem Englischen. = Biomembranen. Molekulare Struktur und Funktion (von Robert B. Gennis). - 1. Auflage. - M.: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
Ivanov V. G., Berestovsky T. N. Lipiddoppelschicht biologischer Membranen. - M.: Nauka, 1982.
Rubin A.B. Biophysik, Lehrbuch in 2 Bänden. - 3. Auflage, überarbeitet und erweitert. - M.: Moscow University Press, 2004. - ISBN 5-211-06109-8
Bruce Albertset al.

Die Zellmembran ist ein hauchdünner Film auf der Oberfläche einer Zelle oder Zellorganelle, bestehend aus einer bimolekularen Lipidschicht mit eingebetteten Proteinen und Polysacchariden.

Membranfunktionen:

· Barriere – sorgt für einen geregelten, selektiven, passiven und aktiven Stoffwechsel mit der Umwelt. Beispielsweise schützt die Peroxisomenmembran das Zytoplasma vor für die Zelle gefährlichen Peroxiden. Selektive Permeabilität bedeutet, dass die Permeabilität einer Membran für verschiedene Atome oder Moleküle von ihrer Größe, elektrischen Ladung und chemischen Eigenschaften abhängt. Selektive Permeabilität sorgt dafür, dass die Zelle und Zellkompartimente von der Umgebung getrennt und mit den notwendigen Stoffen versorgt werden.
· Transport – durch die Membran findet ein Stofftransport in die Zelle und aus der Zelle heraus statt. Der Transport durch Membranen sorgt für: die Zufuhr von Nährstoffen, die Entfernung von Endprodukten des Stoffwechsels, die Sekretion verschiedener Substanzen, die Schaffung von Ionengradienten, die Aufrechterhaltung eines optimalen pH-Werts in der Zelle und die Konzentration von Ionen, die für das Funktionieren notwendig sind zelluläre Enzyme. Partikel, die aus irgendeinem Grund die Phospholipid-Doppelschicht nicht passieren können (z. B. aufgrund hydrophiler Eigenschaften, da die Membran innen hydrophob ist und hydrophile Substanzen nicht passieren lässt, oder aufgrund ihrer Größe), aber für die Zelle notwendig sind , können durch spezielle Trägerproteine (Transporter) und Kanalproteine oder durch Endozytose in die Membran eindringen. Beim passiven Transport durchqueren Substanzen die Lipiddoppelschicht ohne Energieaufwand entlang des Konzentrationsgradienten durch Diffusion. 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. Aktiver Transport erfordert Energie, da er gegen einen Konzentrationsgradienten erfolgt. Auf der Membran befinden sich spezielle Pumpproteine, darunter die ATPase, die aktiv Kaliumionen (K+) in die Zelle pumpt und Natriumionen (Na+) aus ihr herauspumpt.
· Matrix - bietet eine bestimmte relative Position und Orientierung von Membranproteinen, ihre optimale Wechselwirkung.
Mechanisch - gewährleistet die Autonomie der Zelle, ihre intrazellulären Strukturen sowie die Verbindung mit anderen Zellen (in Geweben). Zellwände spielen eine wichtige Rolle bei der Bereitstellung mechanischer Funktionen und bei Tieren - Interzellularsubstanz.
Energie - während der Photosynthese in Chloroplasten und der Zellatmung in Mitochondrien arbeiten Energieübertragungssysteme in ihren Membranen, an denen auch Proteine beteiligt sind;
Rezeptor - einige Proteine, die sich in der Membran befinden, 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.
Enzymatisch - Membranproteine sind oft Enzyme. Beispielsweise enthalten die Plasmamembranen von Darmepithelzellen Verdauungsenzyme.
· Umsetzung der Generierung und Ableitung von Biopotentialen. Mit Hilfe der Membran wird in der Zelle eine konstante Ionenkonzentration 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.
Markierung der Zelle – auf der Membran befinden sich Antigene, die als Marker fungieren – „Tags“, mit denen die Zelle identifiziert werden kann. 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.

Einige Proteinmoleküle diffundieren frei in der Ebene der Lipidschicht; Teile von Proteinmolekülen, die auf gegenüberliegenden Seiten der Zellmembran austreten, ändern im Normalzustand ihre Position nicht.

Die spezielle Morphologie von Zellmembranen bestimmt ihre elektrischen Eigenschaften, von denen die wichtigsten Kapazität und Leitfähigkeit sind.

Kapazitätseigenschaften werden hauptsächlich durch die Phospholipid-Doppelschicht bestimmt, die für hydratisierte Ionen undurchlässig und gleichzeitig dünn genug (etwa 5 nm) ist, um eine effiziente Trennung und Akkumulation von Ladungen und eine elektrostatische Wechselwirkung von Kationen und Anionen bereitzustellen. Darüber hinaus sind die kapazitiven Eigenschaften von Zellmembranen einer der Gründe, die die zeitlichen Eigenschaften von elektrischen Prozessen bestimmen, die auf Zellmembranen ablaufen.

Die Leitfähigkeit (g) ist der Kehrwert des elektrischen Widerstands und gleich dem Verhältnis des gesamten Transmembranstroms für ein bestimmtes Ion zu dem Wert, der seine Transmembranpotentialdifferenz verursacht hat.

Verschiedene Substanzen können durch die Phospholipid-Doppelschicht diffundieren, und der Grad der Permeabilität (P), d. h. die Fähigkeit der Zellmembran, diese Substanzen zu passieren, hängt vom Konzentrationsunterschied der diffundierenden Substanz auf beiden Seiten der Membran, ihrer Löslichkeit, ab in Lipiden und die Eigenschaften der Zellmembran. Die Diffusionsgeschwindigkeit für geladene Ionen in einem konstanten Feld in der Membran wird durch die Mobilität der Ionen, die Dicke der Membran und die Verteilung der Ionen in der Membran bestimmt. Bei Nichtelektrolyten beeinflusst die Permeabilität der Membran nicht ihre Leitfähigkeit, da Nichtelektrolyte keine Ladungen tragen, d. h. keinen elektrischen Strom führen können.

Die Leitfähigkeit einer Membran ist ein Maß für ihre Ionendurchlässigkeit. Eine Erhöhung der Leitfähigkeit zeigt eine Erhöhung der Anzahl von Ionen an, die die Membran passieren.

Eine wichtige Eigenschaft biologischer Membranen ist die Fließfähigkeit. Alle Zellmembranen sind bewegliche Flüssigkeitsstrukturen: Die meisten Lipid- und Proteinmoleküle, aus denen sie bestehen, können sich in der Membranebene ziemlich schnell bewegen

Die grundlegende strukturelle Einheit eines lebenden Organismus ist eine Zelle, die ein differenzierter Abschnitt des Zytoplasmas ist, der von einer Zellmembran umgeben ist. Da die Zelle viele wichtige Funktionen wie Fortpflanzung, Ernährung, Bewegung erfüllt, muss die Hülle plastisch und dicht sein.

Geschichte der Entdeckung und Erforschung der Zellmembran

1925 führten Grendel und Gorder ein erfolgreiches Experiment durch, um die "Schatten" von Erythrozyten oder leeren Hüllen zu identifizieren. Trotz mehrerer grober Fehler entdeckten Wissenschaftler die Lipiddoppelschicht. Ihre Arbeit wurde von Danielli, Dawson 1935, Robertson 1960 fortgesetzt. Als Ergebnis langjähriger Arbeit und einer Anhäufung von Argumenten schufen Singer und Nicholson 1972 ein flüssiges Mosaikmodell der Struktur der Membran. Weitere Experimente und Studien bestätigten die Arbeiten der Wissenschaftler.

Bedeutung

Was ist eine Zellmembran? Dieses Wort wurde vor mehr als hundert Jahren verwendet, übersetzt aus dem Lateinischen bedeutet es "Film", "Haut". Bestimmen Sie also die Grenze der Zelle, die eine natürliche Barriere zwischen dem inneren Inhalt und der äußeren Umgebung darstellt. Die Struktur der Zellmembran deutet auf eine Halbdurchlässigkeit hin, aufgrund derer Feuchtigkeit und Nährstoffe und Zerfallsprodukte ungehindert passieren können. Diese Schale kann als Hauptstrukturkomponente der Organisation der Zelle bezeichnet werden.

Betrachten Sie die Hauptfunktionen der Zellmembran

1. Trennt den inneren Inhalt der Zelle und die Komponenten der äußeren Umgebung.

2. Hilft, eine konstante chemische Zusammensetzung der Zelle aufrechtzuerhalten.

3. Reguliert den richtigen Stoffwechsel.

4. Stellt eine Verbindung zwischen Zellen bereit.

5. Erkennt Signale.

6. Schutzfunktion.

"Plasmahülle"

Die äußere Zellmembran, auch Plasmamembran genannt, ist ein ultramikroskopischer Film, der fünf bis sieben Nanometer dick ist. Es besteht hauptsächlich aus Proteinverbindungen, Phospholid, Wasser. Der Film ist elastisch, nimmt leicht Wasser auf und stellt auch nach Beschädigungen schnell seine Unversehrtheit wieder her.

Unterscheidet sich in einer universellen Struktur. Diese Membran nimmt eine Grenzposition ein, beteiligt sich am Prozess der selektiven Permeabilität, der Ausscheidung von Zerfallsprodukten und synthetisiert sie. Die Beziehung zu den "Nachbarn" und der zuverlässige Schutz des inneren Inhalts vor Beschädigungen machen es zu einem wichtigen Bestandteil, etwa für den Aufbau der Zelle. Die Zellmembran tierischer Organismen ist manchmal mit der dünnsten Schicht bedeckt - Glykokalyx, die Proteine und Polysaccharide enthält. Pflanzenzellen außerhalb der Membran sind durch eine Zellwand geschützt, die als Stütze dient und ihre Form beibehält. Der Hauptbestandteil seiner Zusammensetzung ist Faser (Cellulose) - ein Polysaccharid, das in Wasser unlöslich ist.

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

Die Struktur der Zellmembran

Die Dicke dieser beweglichen Hülle variiert zwischen sechs und zehn Nanometern. Die Zellmembran einer Zelle hat eine spezielle Zusammensetzung, deren Grundlage die Lipiddoppelschicht ist. Die hydrophoben Enden, die gegenüber Wasser inert sind, befinden sich auf der Innenseite, während die hydrophilen Köpfe, die mit Wasser interagieren, nach außen gerichtet sind. Jedes Lipid ist ein Phospholipid, das das Ergebnis der Wechselwirkung von Substanzen wie Glycerin und Sphingosin ist. Das Lipidgerüst ist eng von Proteinen umgeben, die sich in einer nicht kontinuierlichen Schicht befinden. Einige von ihnen tauchen in die Lipidschicht ein, der Rest passiert sie. Dadurch entstehen wasserdurchlässige Bereiche. Die Funktionen dieser Proteine sind unterschiedlich. Einige von ihnen sind Enzyme, der Rest sind Transportproteine, die verschiedene Substanzen von der äußeren Umgebung zum Zytoplasma transportieren und umgekehrt.

Die Zellmembran ist von integralen Proteinen durchzogen und eng verbunden, während die Verbindung mit peripheren weniger stark ist. Diese Proteine erfüllen eine wichtige Funktion, die darin besteht, die Struktur der Membran aufrechtzuerhalten, Signale aus der Umgebung zu empfangen und umzuwandeln, Substanzen zu transportieren und Reaktionen zu katalysieren, die an Membranen ablaufen.

Verbindung

Die Basis der Zellmembran ist eine bimolekulare Schicht. Aufgrund ihrer Kontinuität hat die Zelle Barriere- und mechanische Eigenschaften. In verschiedenen Lebensphasen kann diese Doppelschicht gestört sein. Als Ergebnis werden Strukturdefekte durch hydrophile Poren gebildet. Dabei können sich absolut alle Funktionen einer solchen Komponente wie einer Zellmembran ändern. In diesem Fall kann der Kern unter äußeren Einflüssen leiden.

Eigenschaften

Die Zellmembran einer Zelle hat interessante Eigenschaften. Aufgrund ihrer Fließfähigkeit ist diese Hülle 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 unterschiedlich ist. Plasmamembranen in tierischen Zellen haben auf ihrer Außenseite eine Glykoproteinschicht, die Rezeptor- und Signalfunktionen übernimmt und auch eine wichtige Rolle bei der Vereinigung von Zellen zu Gewebe spielt. Die Zellmembran ist polar, das heißt, die Ladung ist außen positiv und innen negativ. Zusätzlich zu all dem oben Genannten hat die Zellmembran einen selektiven Einblick.

Das bedeutet, dass neben Wasser nur eine bestimmte Gruppe von Molekülen und Ionen gelöster Stoffe in die Zelle gelassen wird. Die Konzentration einer Substanz wie Natrium ist in den meisten Zellen viel geringer als in der äußeren Umgebung. Für Kaliumionen ist ein anderes Verhältnis charakteristisch: Ihre Anzahl in der Zelle ist viel höher als in der Umgebung. In dieser Hinsicht neigen Natriumionen dazu, die Zellmembran zu durchdringen, und Kaliumionen neigen dazu, nach außen freigesetzt zu werden. Unter diesen Umständen aktiviert die Membran ein spezielles System, das eine „Pump“-Funktion übernimmt und die Konzentration von Substanzen nivelliert: Natriumionen werden an die Zelloberfläche gepumpt und Kaliumionen werden nach innen gepumpt. Diese Funktion gehört zu den wichtigsten Funktionen der Zellmembran.

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. Bei der aktiven Entfernung von Natriumionen aus der Zelle schafft die Membran Bedingungen für neue Zuflüsse von Glukose und Aminosäuren im Inneren. Im Gegenteil, bei der Übertragung von Kaliumionen in die Zelle wird die Anzahl der "Transporter" von Zerfallsprodukten aus dem Inneren der Zelle in die äußere Umgebung wieder aufgefüllt.

Wie wird die Zelle durch die Zellmembran ernährt?

Viele Zellen nehmen Substanzen durch Prozesse wie Phagozytose und Pinozytose auf. Bei der ersten Variante wird durch eine flexible äußere Membran eine kleine Vertiefung geschaffen, in der sich das eingefangene Partikel befindet. Dann wird der Durchmesser der Vertiefung größer, bis das umgebene Partikel in das Zytoplasma der Zelle eintritt. Durch Phagozytose werden einige Protozoen wie Amöben sowie Blutzellen - Leukozyten und Phagozyten - gefüttert. In ähnlicher Weise absorbieren Zellen Flüssigkeit, die die notwendigen Nährstoffe enthält. Dieses Phänomen wird als Pinozytose bezeichnet.

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

Bei vielen Arten von grundlegenden Gewebekomponenten befinden sich Vorsprünge, Falten und Mikrovilli auf der Oberfläche der Membran. Pflanzenzellen auf der Außenseite dieser Schale sind mit einer anderen bedeckt, dick und unter dem Mikroskop gut sichtbar. Die Faser, aus der sie bestehen, bildet die Stütze für Pflanzengewebe wie Holz. Tierische Zellen haben auch eine Reihe äußerer Strukturen, die auf der Zellmembran sitzen. Sie sind von Natur aus ausschließlich schützend, ein Beispiel dafür ist das 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 zu unterteilen - Kompartimente oder Organellen, in denen eine bestimmte Umgebung aufrechterhalten werden muss.

Daher ist es unmöglich, die Rolle einer solchen Komponente der Grundeinheit eines lebenden Organismus als Zellmembran zu überschätzen. Die Struktur und Funktionen implizieren eine signifikante Erweiterung der gesamten Zelloberfläche, Verbesserung von Stoffwechselprozessen. 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 interzelluläre Bindungen auf einem ausreichend starken Niveau gehalten und Gewebe gebildet. In diesem Zusammenhang können wir schlussfolgern, dass eine der wichtigsten Rollen in der Zelle von der Zellmembran gespielt wird. Die Struktur und die von ihr ausgeführten Funktionen sind in verschiedenen Zellen je nach ihrem Zweck radikal unterschiedlich. Durch diese Merkmale wird eine Vielzahl physiologischer Aktivitäten von Zellmembranen und ihrer Rolle in der Existenz von Zellen und Geweben erreicht.

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.