Zellmembran. Zellmembran (TEM) ( x)
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- Lioba Beyer
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1 Zellmembran Zellmembran (TEM) ( 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
2 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
3 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
4 Zellmembran 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. Membranlipidmolekül Membranlipide Im Computermodell sind 20 solcher Lipidmoleküle parallel nebeneinander angeordnet. 4
5 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
6 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
7 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
8 Interaktion mit der Zellmembran Hier sind verschiedene Rezeptoren einer Zellmemban abgebildet. Diese können aus Proteinen oder aus Glykoproteinen (Eiweiße mit Kohlenhydraten) bestehen. 8
9 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
10 Signalproteine 10
11 Signalproteine 11
12 Signalproteine 12
13 Signalproteine 13
14 Lipidmembran 14
15 Lipidmembran 15
16 Lipidmembran 16
17 Lipidmembran 17
18 Lipidmembran 18
19 Lipidmembran 19
20 Protein-Lipid Binding Experimente 20
21 Actin Related Protein (Arp2) inserts into Artifical Lipid Membranes 21
22 Actin Related Protein (Arp2) 22
23 Structure Prediction of Arp2 23
24 Possible Hydrophobic Interaction Result from Computer analyses: Residue (amino acid ) RDVTRYLIKLLLLRG YVF. Interact with the hydrophobic region of the lipid membrane 24
25 Differential Scanning Calorimeter Principal Results 25
26 Filmbalance Principal Results 26
27 Stopped Flow Apparatus 27
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