Zellmembran
In unserem Beitrag und im Video erklären wir dir alles Wichtige zum Thema Zellmembran!
Inhaltsübersicht
Was ist eine Zellmembran?
Die Zellmembran ist eine dünne, flexible Hülle, die den Zellinnenraum von seiner Umgebung abgrenzt und schützt. Da die Membran nur bestimmte Stoffe durchlässt, gilt sie als „semipermeabel“.
Zellmembranen bestehen aus einer Doppelschicht von speziellen Fettsäuren. Den sogenannten Phospholipiden. Die Lipide sorgen dafür, dass die Membran flexibel bleibt. In der Doppelschicht befinden sich kleine Tore, die Membranproteine. Sie steuern, welche Stoffe (z. B. Nährstoffe) in die Zelle hineingelassen werden und welche Abfallstoffe heraus müssen.
Die gezielte Steuerung der Stoffe stabilisiert das innere Gleichgewicht der Zelle, sodass die Zelle überleben kann.
Merke: Du findest die Zellmembran sowohl bei Eukaryoten als auch bei Prokaryoten.
Zellmembran Aufbau
Der Aufbau der Zellmembran ist bei den Eukaryoten und Prokaryoten relativ ähnlich. Bei beiden ist sie nämlich ziemlich flexibel und umschließt das Zellinnere. Jedoch unterscheiden sich die beiden Membrantypen teilweise in ihrer chemischen Zusammensetzung.
In den prokaryotischen Archaeen befinden sich als Lipidkomponente beispielsweise keine Fettsäuren, sondern verschiedene Alkohole. Dadurch können die Archaeen auch in extremen Gebieten überleben.
Übrigens: Die Zellmembran ist 6-10 nm dick und wird auch Zytomembran oder Plasmamebran genannt.
Studyflix vernetzt: Hier ein Video aus einem anderen Bereich
Phospholipiddoppelschicht
Die Zellmembran besteht in tierischen
und pflanzlichen Zellen
und in Bakterien
aus einer sogenannten Phospholipiddoppelschicht.
Das bedeutet, dass sich die Zellmembran zum Großteil aus den sogenannten Phospholipiden
zusammensetzt. Sie enthalten einen Kopfteil und zwei Schwanzteile.
Insgesamt sind Phospholipide amphiphil. Das bedeutet, dass sie einen wasserliebenden (hydrophilen) und einen wassermeidenden (hydrophoben) Teil besitzen.
Da der Raum um die Membran herum größtenteils aus Wasser besteht, sind die polaren, hydrophilen Köpfe nach außen gewandt. Die hydrophoben Schwänze zeigen nach innen und machen den Raum innerhalb der Doppelschicht aus.
Membranproteine
An der Lipiddoppelschicht der Zellmembran liegen verschiedene Membranproteine.
Du unterteilst sie, je nach Position und Aufbau, in folgende Kategorien:
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Periphere Proteine: Sie werden auch wechselständige Proteine oder membranständige Proteine genannt. Dabei liegen sie auf der inneren oder äußeren Schicht der Membran, durchdringen diese jedoch nicht.
-
Integrale Proteine: Hierbei handelt es sich um Proteine, die entweder in die Membran eingebettet sind oder diese sogar ganz durchdringen. Je nach Aufbau und spezifischer Funktion unterteilst du sie noch weiter. Dabei unterscheidest du unter anderem zwischen Kanalproteinen, Transmembranproteinen und Rezeptorproteinen.
- Lipidverankerte Proteine: Sie befinden sich auf der Oberfläche der Membran, aber sind entgegen den peripheren Proteinen an ein Lipid gebunden. Das ist eine seltenere Art von Membranproteinen.
Glykokalix
Innerhalb der Zellen von Tieren und Prokaryoten findest du an der Zellmembran zusätzlich noch die sogenannte Glykokalix. Diese schreibst du auch Glykokalyx. Sie ist eine Schicht an der Außenseite der Zellmembran. Bei der Schicht handelt es sich um einen Kohlenhydratanteil.
Die Glykokalix ist an einigen Proteinen und Lipiden an der Außenseite der Zelle gebunden. So ermöglicht er es den Zellen, sich mit anderen Zellen zu größeren Zellverbänden zusammenzuschließen. Außerdem stabilisiert die Glykokalix die Zellmembran zusätzlich und schützt sie so vor fremden, chemischen oder mechanischen Einwirkungen.
Merke: Die Verbindung der Proteine mit den Kohlenhydraten bezeichnest du als Glykoproteine. Lipide mit Kohlenhydratanteil nennst du Glykolipide.
Der grundsätzliche Aufbau und die Dicke der Glykokalix unterscheiden sich zwischen den Zellen sehr stark.
Zellmembran Funktion
Die Hauptaufgaben der Zellmembran innerhalb der Zelle sind:
- Abgrenzung des Zellinnenraums (inneres Milieu), von seiner Umgebung (Extrazellulärraum), um Stoffe zu filtern.
- Übertragung und Senden von Signalen, damit die Zelle auf äußere Reize reagieren kann.
- Verknüpfung zu anderen Zellen, um die Zellkommunikation und Stabilität zu ermöglichen.
- Membrantransport, versorgt die Zelle mit Nährstoffen und entfernt Abfallstoffe für eine optimale Funktion.
Abgrenzung des Zellinnenraums
Die wichtigste Aufgabe der Zellmembran ist die Abgrenzung des Zellinnenraums vom Außenraum.
Die hydrophobe Schicht im Innenraum der Membran lässt aber nicht alle Moleküle durch. Diese Halbdurchlässigkeit bezeichnest du auch als Semipermeabilität. Dieser Schutzmechanismus ist wichtig, damit die Zelle ihre Lebensfunktionen stabil aufrechterhalten kann, ohne durch äußere Einflüsse gestört zu werden.
Signalübertragung
Eine weitere Aufgabe der Zellmembran ist die Signalübertragung. Dafür besitzen Zellen Rezeptorproteine an der Zellmembran. Sie haben eine spezifische Bindungsstelle, an welcher Signalmoleküle nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip andocken. Das Binden öffnet bestimmte Kanäle, durch die Informationen zu anderen Zellen gelangen.
So kann die Zelle schnell auf Umweltveränderungen reagieren und sich anpassen. Das ist besonders wichtig für die Kommunikation zwischen Zellen in einem Gewebe.
Zellverbindung
Die Zellmembran ermöglicht die Verbindung zwischen Zellen, wobei die Glykokalyx eine wichtige Rolle spielt. Die kohlenhydrathaltige Schicht bildet eine Art Kapsel, durch die sich Zellen aneinander binden können. So entsteht Gewebe, das den Stoffaustausch ermöglicht und die Struktur sowie Funktion des Gewebes unterstützt.
Membrantransport
Damit auch größere Moleküle die Membran durchdringen können, sind verschiedene Proteine in der Zellmembran notwendig. Je nach Molekül oder Ion kommen dabei folgende Durchgänge zum Einsatz:
-
Ionenkanäle: Sie durchdringen die gesamte Membran und bilden einen hydrophilen Kanal. Da das Zellmilieu auf ein stabiles Gleichgewicht von Ionen angewiesen ist, kann die Zelle das Öffnen und Schließen der Kanäle steuern — etwa durch Signalproteine oder elektrische Spannung. So bleibt die Konzentration lebenswichtiger Ionen immer im richtigen Bereich.
-
Aquaporine: Hierbei handelt es sich um Kanäle, die auf Wasser spezialisiert sind. Mithilfe der Aquaporine kann die Zelle ihre Wasseraufnahme und -abgabe gezielter steuern. Das verhindert Schwankungen im Zellvolumen, was wiederum wichtig ist, damit die Zelle nicht zu stark anschwillt oder austrocknet.
-
Transportproteine/Carrier-Proteine: Diese Proteine sind besonders für den Transport von lebenswichtigen Molekülen wie Glukose oder Aminosäuren wichtig. Wenn ein Molekül an das Transportprotein bindet, ändert es seine Form und bringt das Molekül zur anderen Seite der Membran. Dadurch kann die Zelle gezielt Nährstoffe aufnehmen und Abfallstoffe abgeben, die für ihre Energieversorgung oder den Stoffwechsel wichtig sind.
-
Cotransporter: Sie transportieren zwei Moleküle gleichzeitig durch die Membran. Entweder in dieselbe Richtung (Symport) oder in die entgegengesetzte Richtung (Antiport). Cotransporter sind wichtig für den Austausch von Molekülen, da sie das Gleichgewicht der Zelle stabilisieren.
- Ionenpumpen: Diese Pumpen, wie die Natrium-Kalium-Pumpe, verbrauchen Energie in Form von ATP. Die Pumpen bewegen Moleküle gegen ein Konzentrationsgefälle, um das Zellmilieu aufrechtzuerhalten. Das Milieu ist wichtig für die elektrischen Signale, zum Beispiel in Nervenzellen.
Damit Moleküle leichter durchtreten können, kann die Zelle außerdem die Fluidität der Membran verändern. Das macht sie, indem sie Cholesterin einlagert oder entfernt, was die Membran „flüssiger“ macht. So kann die Zelle ihre Membran an Umweltbedingungen anpassen und jederzeit eine optimale Versorgung sicherstellen.
Zellmembran — häufigste Fragen
(ausklappen)
Zellmembran — häufigste Fragen
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Was macht die Zellmembran?Die Zellmembran grenzt den Zellinnenraum von der Umgebung ab und schützt die Zelle. Gleichzeitig wirkt die Zellmembran semipermeabel (halbdurchlässig) und kontrolliert, welche Stoffe hinein- oder hinausgelangen. Außerdem nimmt sie Signale über Rezeptorproteine auf und hilft dabei, Zellen miteinander zu verbinden.
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Woraus besteht die Zellmembran?Die Zellmembran besteht hauptsächlich aus einer Phospholipiddoppelschicht, also zwei Lagen spezieller Lipidmoleküle (Phospholipide). In diese Schicht sind Membranproteine eingebaut oder angelagert. Außen können zusätzlich Kohlenhydratanteile sitzen, die zusammen eine Glykokalyx (Zuckerschicht) bilden.
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Was sind Membranproteine?Membranproteine sind Eiweiße, die an der Zellmembran sitzen oder in sie eingebaut sind. Manche liegen nur außen oder innen an, andere durchdringen die Membran komplett. Membranproteine steuern zum Beispiel den Stofftransport, wirken als Rezeptoren für Signale und helfen, Zellen aneinander zu binden.
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Welche Stoffe können die Lipiddoppelschicht passieren?Die Lipiddoppelschicht lässt vor allem kleine, ungeladene und eher fettlösliche Stoffe direkt durch. Große Moleküle und geladene Teilchen wie Ionen kommen durch die Lipiddoppelschicht allein kaum hindurch. Für sie braucht die Zelle Membranproteine als Kanäle, Transporter oder Pumpen.
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Hat jede Zelle eine Zellmembran?Jede Zelle hat eine Zellmembran, weil sie den Zellinnenraum abgrenzt und den Stoffaustausch kontrolliert. Das gilt für Eukaryoten (Tier- und Pflanzenzellen) und für Prokaryoten (Bakterien). Pflanzenzellen haben zusätzlich außen eine Zellwand, aber die Zellmembran liegt trotzdem darunter.
Gap Junctions
Ebenfalls wichtig für die Zellverbindungen sind die sogenannten Gap Junctions. Sie stellen Ansammlungen mehrerer Kanäle (Connexine) zwischen zwei Zellen dar, da sie die Cytoplasmen der Zellen direkt miteinander verbinden können. Wie das genau funktioniert, erfährst du in unserem Video zu den Gap Junctions!
