Biomembranen: Struktur, Eigenschaften & Funktion

Biomembranen: Eine notwendige Bedingung des Lebens

Eine notwendige Bedingung des Lebens ist die Existenz einer Barriere, die den Zellinhalt von der Umwelt trennt. Zellen müssen ein internes Umfeld aufrechterhalten, das für die zahlreichen chemischen Reaktionen geeignet ist, die für das Leben erforderlich sind.

Funktionen von Biomembranen:

• Zellen sind der Ort, an dem viele chemische Reaktionen stattfinden.
• Sie regulieren den Ein- und Austritt von Materialien aus der Zelle.
• Einige Membranen sind selektiv durchlässige Barrieren, die den Fluss der Moleküle in das Innere der Zelle und nach außen regeln.
• Sie ermöglichen die Kommunikation zwischen der internen und externen Umgebung der Zelle.
• Sie sind Teil eines Systems des Transfers und der Energiespeicherung.
• Sie sind an der Übertragung von Signalen beteiligt (z. B. Hormone).

Struktur, Eigenschaften und Funktionen von Biomembranen

Die grundlegenden strukturellen Bestandteile der Zellmembranen sind Moleküle, die als Lipide (hauptsächlich Phospholipide) bezeichnet werden. Die Membranen bestehen aus einer Lipid-Doppelschicht, die viele große, kugelförmige Proteine enthält. Zumindest einige der Lipid- und Proteinmoleküle können sich seitlich in der Doppelschicht bewegen, zusammen mit verschiedenen Mustern, die sich von Zeit zu Zeit und von Ort zu Ort ändern. Daher ist dieses weit verbreitete Modell der Membranstruktur als das Fluid-Mosaik-Modell bekannt.

Lipidische Komponente

In Membranen finden sich zwei Arten von Lipiden: Phospholipide und Cholesterin.

• Phospholipide sind der häufigste Bestandteil der Membranen und bilden die Lipid-Doppelschicht.
• Cholesterin ist in biologischen Membranen von Tieren vorhanden, fehlt aber in Pflanzen. Es bildet keine Doppelschicht, ist aber in relativ hohen Konzentrationen in bestimmten tierischen Membranen vorhanden.

Physikalische Eigenschaften der Lipid-Doppelschicht

• Fluidität: Obwohl die Struktur der Lipid-Doppelschicht an sich stabil ist, haben die Moleküle von Phospholipiden und Cholesterin eine große Bewegungsfreiheit innerhalb der Membranebene, so dass sich beide Seiten schnell ausbreiten können. Der Grad der Fluidität der Membran hängt von der Lipidzusammensetzung und der Temperatur ab.
• Zusätzlich zur seitlichen Verschiebung der Komponenten der Membran und der Biegung der Fettsäureketten gibt es eine dritte, eingeschränkte Art der Bewegung, die transbicapa-Diffusion oder Flip-Flop, die die Bewegung eines Lipids von einer Seite der Doppelschicht zur anderen ist.
• Ein weiteres wichtiges Merkmal ist, dass sie dazu neigen, der Bildung von freien Enden zu widerstehen. Infolgedessen neigen sie auch dazu, undurchlässig zu sein, und bilden in vielen Fällen spontan runde und geschlossene Vesikel.
• Die Lipid-Doppelschicht besitzt auch die Eigenschaft, mit anderen Doppelschichten in gutem Zustand zu verschmelzen, was ein wichtiges zelluläres Phänomen ist. Wenn ein Vesikel mit einer Membran verschmilzt, werden sowohl die Membran-Phospholipide als auch ihre Kompartimente kontinuierlich, was den Transfer von Materialien in einen anderen Raum ermöglicht (Endozytose und Exozytose).

Proteinkomponente

Die Lipide bilden die strukturelle Basis der biologischen Membranen, während die Proteine für die erforderliche Funktionalität verantwortlich sind, z. B. für den Transport von Molekülen und die Signaltransduktion durch die Lipiddoppelschicht. Membranproteine variieren je nach Zelle (oder den Organellen im Fall von intrazellulären Membranen) und auch von Ort zu Ort in derselben Membran. Die Membranproteine werden in zwei Klassen eingeteilt, je nachdem, wie eng ihre Beziehung zur Lipiddoppelschicht ist: integrale Proteine und periphere Proteine.