Zellmembran: Struktur, Transport und Kommunikation
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Transport durch die Plasmamembran
Die Plasmamembran ermöglicht die selektive Durchlässigkeit. Dies wird durch die Lipiddoppelschicht erreicht, die als Barriere und zum Schutz wirkt.
Der Transport von Molekülen erfolgt auf verschiedene Weisen:
Passiver Transport (benötigt keine Energie)
Moleküle bewegen sich spontan entlang ihres Konzentrationsgradienten von einer Seite der Membran zur anderen, d.h., von einer höheren zu einer niedrigeren Konzentration.
- Einfache Diffusion
- Erleichterte Diffusion durch Membranproteine (Kanalproteine oder Carrierproteine).
Spezifische Liganden-gesteuerte Ionenkanäle: Wenn Liganden an einen Rezeptor-Kanal binden, ermöglichen sie die Diffusion von Ionen.
Ionenkanäle: Spannungsabhängig.
Aktiver Transport (benötigt Energie)
Erfolgt gegen den Konzentrationsgradienten und erfordert Energieverbrauch.
Proteine, die als Pumpen fungieren, erhalten die Ionenkonzentration aufrecht und arbeiten z.B. an der Na+/K+-Pumpe, die 3 Na+-Ionen unter ATP-Hydrolyse nach außen transportiert.
Funktionen des aktiven Transports: Aufrechterhaltung des osmotischen und elektrischen Gleichgewichts. Er kann auch den Transport von Glukose und Aminosäuren ermöglichen, gekoppelt an einen Na+-Gradienten.
Transport von Makromolekülen
Der Transport von Makromolekülen umfasst die Aufnahme von Stoffen in die Zelle (Endozytose) und die Sekretion (Exozytose). Beide Prozesse erfolgen durch die Bildung von Vesikeln.
Endozytose
Der Prozess der Aufnahme von Makromolekülen durch Invagination der Membran, wodurch intrazelluläre Vesikel entstehen.
Ein spezieller Typ ist die rezeptorvermittelte Endozytose, bei der ein Rezeptor-Makromolekül-Komplex in Endozytose-Vesikel aufgenommen wird. Dies verleiht dem Prozess Spezifität und erhöht seine Effizienz. Bestimmte Bereiche sind innen mit Proteinen wie Clathrin beschichtet.
Die Aufnahme, sei es durch Phagozytose oder Pinozytose, führt letztendlich zu Lysosomen.
Exozytose
Der entgegengesetzte Prozess zur Endozytose. Hierbei verschmelzen intrazelluläre Vesikel mit der Plasmamembran und geben ihren Inhalt in den extrazellulären Raum frei.
Spezialisierungen der Plasmamembran
Mikrovilli
Fingerförmige Ausstülpungen der Membran. Sie sind reichlich in den Epithelzellen des Dünndarms vorhanden, deren Funktion eine maximale Absorptionsfläche erfordert.
Zellverbindungen
Dies sind spezialisierte Regionen der Plasmamembran, die wichtige Verbindungen herstellen. Sie sind besonders in Epithelien zu finden.
Okkludierende Verbindungen (Tight Junctions / Zona Occludens)
Diese hermetischen Verbindungen dienen dazu, Zellen eng zu verschließen. Sie sind in Epithelzellen zu finden, die Hohlräume auskleiden und Permeabilitätsbarrieren bilden.
Verankernde Verbindungen
Diese Bereiche sind widerstandsfähiger gegenüber starker mechanischer Beanspruchung.
- Adhärenz-Kontakte (Zona Adherens): Verknüpfung zwischen den Aktinfilamenten des Zytoskeletts der Zelle.
- Desmosomen: Anker für intermediäre Filamente des Zytoskeletts benachbarter Zellen.
- Hemidesmosomen: Anker für intermediäre Filamente des Zytoskeletts einer Zelle an die extrazelluläre Matrix.
Kommunizierende Verbindungen (Gap Junctions)
Dies sind Punkte direkter Kommunikation zwischen benachbarten Zellen, durch die Ionen und kleine Moleküle passieren können. Diese Kanäle werden als Connexone bezeichnet.
Glykokalix (Zellhülle)
Dies ist der äußere Bereich der Membranoberfläche, der reich an Kohlenhydraten ist. Funktion: Zell-Erkennung; sie dienen als Identitätsmarker.
Zellkommunikation
Signalmoleküle werden von Rezeptoren auf der Zelle erkannt. Ziel ist es, das extrazelluläre Signal in ein intrazelluläres umzuwandeln. Die Empfänger sind in der Regel Transmembranproteine. Das Signalmolekül (erster Botenstoff) verursacht eine Veränderung, die eine zytosolische Reaktion der Zelle auslöst. Dies besteht in der Freisetzung eines intrazellulären Signalmoleküls (zweiter Botenstoff). Dieser zweite Botenstoff diffundiert dann in das Zellinnere und erzeugt die entsprechende Antwort.
Extrazelluläre Matrix
Die extrazelluläre Matrix besteht aus chemischen Schichten, die von Zellen produziert und außerhalb der Membran abgelagert werden. Sie ist ein Sekretionsprodukt, das als Verbindungselement dient und die intrazellulären Räume ausfüllt.