Zellmembran, Zellwand & Extrazelluläre Matrix: Aufbau & Funktionen

Zellmembran: Aufbau und Funktion

Die Zellmembran ist eine Struktur, die in allen Zellen von Lebewesen vorkommt. Sie umhüllt das Zytoplasma und grenzt es ab. Dieselbe Struktur begrenzt auch die meisten membranumschlossenen Strukturen innerhalb der Zelle. Biologische Membranen (wie die Plasmamembran oder die innere Membran der Zelle) werden als Einheitsmembranen bezeichnet.

Struktur der Zellmembran

Die Zellmembran ist durch einen hellen (osmiophoben) Streifen begrenzt, gefolgt von zwei dunklen (osmiophilen) Streifen.

Zusammensetzung der Zellmembran

• Membranlipide: Phospholipide, Cholesterin und Glykolipide.
• Membranproteine: Periphere (extrinsische) oder integrale (intrinsische) Membranproteine.
• Kohlenhydrate: An Proteine oder Lipide gebunden.

Funktionen der Zellmembran

Die Zellmembran spielt eine entscheidende Rolle beim Transport von Stoffen (für die Aufrechterhaltung der Zellstrukturen und das Zellwachstum). Sie ist verantwortlich für die Bewegung der Zelle sowie für die Aufnahme und Ausscheidung von Substanzen. Des Weiteren ist sie am Austausch von Informationen oder physikalisch-chemischen Reizen zwischen den Zellen beteiligt.

Molekültransport durch die Membran

• Transport von kleinen Molekülen:
  • Passiver Transport: Einfache Diffusion, Erleichterte Diffusion, Osmose.
  • Aktiver Transport.
• Transport von Makromolekülen:
  • Exozytose.
  • Endozytose:
    • Pinozytose.
    • Phagozytose.

Spezialisierungen der Zellmembran

• Mikrovilli: Dies sind Ausstülpungen der Zellmembran, die darauf abzielen, die Austauschfläche zu vergrößern. Sie treten zum Beispiel in den Epithelzellen auf, die das gewundene Tubulus der Nephrone auskleiden.
• Interdigitationen: Dies sind Faltungen der Membranen benachbarter Zellen, die ineinandergreifen und die Zellverbindung stärken.
• Myelinscheiden: Dies sind Faltungen der Membran von Schwann-Zellen, die die Axone einiger Neuronen umhüllen.

Zellverbindungen

• Haftverbindungen (Adherens Junctions): Dazu gehören Desmosomen, die Zellen mechanisch miteinander verbinden.
• Tight Junctions (Zonulae occludentes) oder Septate Junctions (bei Wirbellosen): Diese verhindern den Durchtritt von Molekülen durch die Membran.
• Kommunikationsverbindungen (Gap Junctions): Diese ermöglichen den Durchtritt kleiner Moleküle, ähnlich wie bei chemischen Synapsen.

Glykokalyx der Zellmembran

Die Glykokalyx ist eine Sekretion der tierischen Zelle, die kontinuierlich erneuert wird.

Aufgaben der Glykokalyx

• Schutz der Membran.
• Absorptionsfunktion.
• Beteiligung an enzymatischen Prozessen.
• Einfluss auf die Permeabilität.
• Beteiligung an Adhäsionsphänomenen zwischen Zellen.
• Beteiligung an Zell-Zell-Erkennungsphänomenen (Oberflächenantigene).
• Kohlenhydrate können auch eine Rolle bei der Stabilisierung der gefalteten Struktur eines Glykoproteins spielen.
• Die Kohlenhydrate eines Glykoproteins können als Ziel in derselben Membran dienen.

Die Zellwand: Aufbau und Funktion

Zusammensetzung und Struktur der Zellwand

Der Golgi-Apparat der Zelle ist an der Synthese ihrer Komponenten beteiligt. Die Bildung der Zellwand umfasst:

• Mittellamelle.
• Primäre Zellwand.
• Sekundäre Zellwand.

Eigenschaften der Zellwand

• Geringe Porosität.
• Widerstandsfähigkeit gegenüber intrazellulärem Druck (Turgor).

Funktionen und Besonderheiten der Zellwand

• Ermöglicht den Austausch von Stoffen zwischen dem Zellinneren und der Zellumgebung.
• Verleiht der Pflanzenzelle ihre spezifische Form und begrenzt ihre Beweglichkeit.
• Bietet Schutz für die Zelle in ihrer reifen Form: Umhüllung der Pflanze, Stabilität, Transport von Stoffen etc.
• Ermöglicht die Kommunikation zwischen Zellen durch Poren oder Tüpfel in der sekundären Zellwand.

Modifikationen der sekundären Zellwand

• Verholzung (Lignifizierung).
• Suberisierung.
• Kutinisierung.
• Mineralisierung.

Extrazelluläre Matrix: Aufbau und Bestandteile

Die extrazelluläre Matrix ist ein stabiles, komplexes Netzwerk aus Makromolekülen, das die interzellulären Räume bei Tieren (insbesondere Wirbeltieren) ausfüllt (manchmal sehr ausgeprägt, wie z. B. im Bindegewebe). Sie besteht aus einer Reihe von Fasern, die in einem stark hydratisierten Gel verwoben sind. Die wesentlichen Bestandteile sind:

• Proteinfasern (Kollagen und Elastin).
• Grundsubstanz (Glykosaminoglykane und Proteoglykane).
• Adhäsionsproteine (heterogen, z. B. Laminin und Fibronektin).

Funktionen der extrazellulären Matrix

• Hält Zellen in Geweben und Organen miteinander verbunden.
• Füllt die Interzellularräume aus, verleiht Geweben und Organen Kohärenz und unterteilt sie.
• Beeinflusst die Morphologie, Zellpolarität und andere zelluläre Merkmale.
• Erleichtert den Stofftransport und beeinflusst den Zellstoffwechsel.
• Steuert das Zellwachstum und die Geweberegeneration, was die Bewegung von Zellen ermöglicht.
• Speichert verschiedene Substanzen wie Hormone.