Membranen (3a) Biochemie Membrane Funktionen Abgrenzung der Zelle nach außen hin schaffen geeignete Voraussetzungen für einzelne enzymatische Reaktionen Signalübertragung tragen Signalstrukturen für die Kommunikation mit anderen Zellen Strukturierung des Zellinneren (Kompartimente) 1
Membrane Gemeinsame Merkmale biologischer Membranen blattartige Strukturen, die geschlossene Grenzen zwischen Kompartimenten unterschiedlicher Zusammensetzung bilden; Dicke: 6-10nm; bestehen hauptsächlich aus Lipiden und Proteinen; können auch Kohlenhydrate enthalten; Membrane Gemeinsame Merkmale biologischer Membranen Membranlipide sind relativ kleine Moleküle mit einem hydrophilen und einem hydrophoben Anteil; spontane Bildung von Lipiddoppelschichten in wäßrigem Medien; spezifische Proteine vermitteln spezifische Membranfunktionen; 2
Membrane Gemeinsame Merkmale biologischer Membranen Membranen sind nichtkovalente Molekülanordnungen; Membranen sind asymmetrisch; Membranen sind flüssige Strukturen; Chloroplastenmembranen 3
Membranlipide in tierischen Zellen vorwiegend Phospholipide, Glycolipide und Cholesterol dipolartige Struktur mit hydrophilen Kopf und hydrophobem Schwanz wasserunlöslich; bilden spontan Lipiddoppelschichten Lipidzusammensetzung ist für jeden Zelltyp charakteristisch Cholesterin macht Membran rigider, aber auch fluider Membranlipide Micelle Lipiddoppelschicht Vesikel 4
Vesikelpräparation Membranproteine Verhältnis Protein/Lipid normalerweise 1 (bei hochfunktionellen Membranen fast 4) Periphere Membranproteine Integrale Membranproteine 5
Membranproteine a,b,c: integrale Membranproteine d,e: periphere Membranproteine Gefrierbruchelektronenmikroskopie Das Flüssigmosaikmodell Membranen sind zweidimensionale Lösungen gerichteter globulärer Proteine und Lipide Charakteristika des Modells: 1. Lipiddoppelschicht hat zwei Aufgaben: Lösungsmittel für integrale Membranproteine und Permeabilitätsbarriere 2. spezifische Wechselwirkung eines kleinen Teils der Membranlipide mit bestimmten Membranproteinen 3. ungehinderte laterale Diffusion der Membranproteine, wenn nicht durch spezifische Wechselwirkung unterbunden; aber kein flip-flop; 6
Das Flüssigmosaikmodell Kohlenhydrate asymmetrisch verteilt Glycolipide oder Glycoproteine verleihen Zelle Individualität 7
Biogenese von Membranen grundsätzlich: Membranen entstehen aus Membranen (Selbstorganisation) Membranlipide werden am ER synthetisiert Transport der Lipide durch Proteine oder Vesikel Membranproteine werden am rer synthetisiert Chaperone helfen bei Entfaltung und Rückfaltung Membranpermeabilität Membranen sind für polare, wasserlösliche Moleküle undurchlässig Nur kleine ungeladene Moleküle können die Membran passieren (z.b. O 2, N 2, CO 2, NH 3, Harnstoff, Glycerol,...) 8
Membranpermeabilität Membranen sind trotz geringen Durchmessers (6-10 nm) sehr gute Isolatoren (elektrischer Widerstand beträgt ca. 10 9 Ohm/cm 2 ) lipophile Fremdstoffe (z.b. Narkotika, Ethanol, Antibiotika,...) können durch Membran durchdiffundieren Membrantransport Regulation des Zellvolumens Konstanthalten des intrazellulären ph-wertes und der intrazellulären Ionen-konzentration Aufnahme von Nährstoffen, Ausscheidung von Abbauprodukten Aufbau eines Ionengradienten 9
Membrantransport einfache Diffusion (siehe Membran-permeabilität) passiver Transport oder erleichterte Diffusion (Transport mit Konzentrations-gradienten) Ionen, Aminosäuren, Zucker,... aktiver Transport (energieabhängig; entgegen einem Konzentrationsgradienten) Energielieferant fast immer ATP; Membrantransport 10