Zellmembran, Zellwand und Extrazelluläre Matrix: Struktur & Funktion

Die Zellmembran (Plasmamembran)

Die Zellmembran ist eine Struktur, die in allen Zellen von Lebewesen vorkommt. Sie umhüllt das Zytoplasma und begrenzt die meisten internen Zellstrukturen (Organellen). Biologische Membranen (Plasmamembran oder innere Zellmembranen) werden als Einheitsmembranen bezeichnet.

Struktur der Zellmembran

Die Membran ist durch eine typische Dreischichtstruktur begrenzt: ein heller (osmiophober) Streifen, gefolgt von zwei dunklen (osmiophilen) Streifen.

Zusammensetzung der Zellmembran

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

Funktionen der Zellmembran

Die Zellmembran ist essenziell für:

• Den Transport von Stoffen (Aufrechterhaltung der Zellstruktur und Zellwachstum).
• Zellbewegung, Aufnahme (Permeation) und Ausscheidung von Substanzen.
• Die Vermittlung des Informationsaustauschs oder physikalisch-chemischer Reize zwischen den Zellen.

Transport von Molekülen durch die Membran

Kleine Moleküle

• Passiver Transport:
  • Einfache Diffusion
  • Erleichterte Diffusion
  • Osmose
• Aktiver Transport

Makromoleküle

• Exozytose
• Endozytose (Pinozytose, Phagozytose)

Spezialisierungen der Zellmembran

• Mikrovilli: Erweiterungen zur Vergrößerung der Austauschfläche.
• Invaginationen: Treten z. B. in den Epithelzellen der Nierentubuli (Nephrone) auf.
• Interdigitationen: Membrankurven zwischen benachbarten Zellen, die ineinandergreifen und die Verbindung stärken.
• Myelinscheiden: Membranhüllen von Schwann-Zellen, die Axone von Neuronen umgeben.

Zellverbindungen

• Haftverbindungen (Adhäsionsverbindungen): Desmosomen; halten Zellen mechanisch zusammen.
• Dichte Verbindungen (Tight Junctions): Oder septierte Desmosomen (bei Wirbellosen); behindern den parazellulären Durchgang von Molekülen.
• Kanalverbindungen (Gap Junctions): Ermöglichen den direkten Austausch kleiner Moleküle.

Glykokalyx

Die Glykokalyx ist eine Membransekretion tierischer Zellen, die ständig erneuert wird.

Funktionen der Glykokalyx

• Membranschutz.
• Absorptionsfunktion.
• Beteiligung an enzymatischen Prozessen.
• Einfluss auf die Permeabilität.
• Beteiligung an Zelladhäsionsphänomenen.
• Beteiligung an der Zellerkennung (Oberflächenantigene).
• Kohlenhydrate können zur Stabilisierung der gefalteten Struktur des Glykoproteins beitragen und dessen Ziel innerhalb der Membran bestimmen.

Die Zellwand (Pflanzen, Pilze, Bakterien)

Aufbau und Struktur der Zellwand

Die Bildung der Zellwand erfolgt unter Beteiligung des Golgi-Apparates (Synthese der Komponenten). Die Schichten der Zellwand sind:

1. Mittellamelle
2. Primäre Zellwand
3. Sekundäre Zellwand

Eigenschaften und Funktionen der Zellwand

• Geringe Porosität.
• Widerstandsfähigkeit gegen intrazellulären Druck (Turgor).
• Ermöglicht den Stoffaustausch zwischen dem Zellinneren und der Umgebung.
• Gibt der Pflanzenzelle ihre spezifische Form und begrenzt die Zellmobilität.
• Schützt die Zelle vor äußeren Umwelteinflüssen.
• Bietet der erwachsenen Zelle Halt (Stützfunktion, Schutz, Transport).
• Ermöglicht die Kommunikation zwischen Zellen durch Tüpfel oder Poren in der sekundären Zellwand.

Modifikationen der Zellwand

• Lignifizierung (Verholzung)
• Suberisierung
• Kutinisierung
• Mineralisierung

Die Extrazelluläre Matrix (ECM)

Zusammensetzung und Aufbau

Die ECM ist ein stabiles, komplexes makromolekulares Netzwerk, das den Interzellularraum bei Tieren (insbesondere Wirbeltieren) ausfüllt. Sie liegt außerhalb der Glykokalyx und besteht aus Fasern, die in einem stark hydratisierten Gel eingebettet sind.

Grundkomponenten der ECM

• Proteinfasern: Kollagen und Elastin.
• Grundsubstanz: Glykosaminoglykane und Proteoglykane.
• Adhäsionsproteine: Laminin und Fibronektin.

Funktionen der Extrazellulären Matrix

• Hält Zellen in Geweben und Organen zusammen.
• Füllt den Interzellularraum aus, verleiht Geweben und Organen Kohärenz und Kompartimentierung.
• Beeinflusst die Morphologie, Zellpolarität und andere zelluläre Merkmale.
• Erleichtert den Stofftransport und beeinflusst den Zellstoffwechsel.
• Steuert Zellwachstum und Geweberegeneration und ermöglicht die Bewegung von Zellen.
• Speichert verschiedene Substanzen wie Hormone.