Zellmembran
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<strong>Zellmembran</strong><br />
<strong>Zellmembran</strong> (TEM) (100.000 x)<br />
Die <strong>Zellmembran</strong> ist der äußere Abschluß des Zellinhalts jeder Zelle.<br />
Bei Pflanzen- und Bakterienzellen liegt ihr außen noch eine Zellwand<br />
auf. Die <strong>Zellmembran</strong> ist eine Doppelmembran wie nachfolgendes<br />
ELMI-Bild zeigt. Man sieht die Grenze zwischen zwei Zellen mit dem<br />
interzellulären Raum und den beiden Doppelmembranen. Sie wird auch<br />
Einheitsmembran genannt.<br />
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Aufbau einer Einheitsmembran<br />
• Alle Membranen bestehen aus Proteinen und Fetten<br />
(Lipide). Die Anteile der beiden Bestandteile variieren<br />
jedoch. Beispiel:<br />
• Die <strong>Zellmembran</strong> der Isolierungsschicht bei Nervenzellen<br />
• ( = Neuronen) genannt Myelin enthält nur 18% Proteine und<br />
76% Lipide.<br />
• Die innere Mitochondrienmembran enthält 76% Proteine<br />
and nur 24% Lipide.<br />
• Plasmamembranen der menschlichen Erythrozyten (roten<br />
Blutkörperchen) und Mäuseleber bestehen aus nahezu<br />
gleichen Mengen Proteine (44, bzw. 49% ) und aus Lipide<br />
zu 43, bzw. 52%.<br />
• Der grundsätzliche Aufbau wird in der nächsten Abbildung<br />
dargestellt.<br />
2
Aufbau einer typischen <strong>Zellmembran</strong><br />
In einer Doppelschicht sind Proteine und Lipide in verschiedenen<br />
Formen in die Membran eingelagert sind. Nach außen ragen die<br />
Fortsätze verschiedener Glykolipide und Lipoproteide:<br />
Die Lipidmoleküle sind in den Abbildungen als Kugeln mit in der<br />
Regel 2 Schwänzen dargestellt. Diese lagern sich so aneinander, daß<br />
die Kugeln eine Ebene bilden und die Schwänze senkrecht aus dieser<br />
Ebene herausstehen.<br />
3
<strong>Zellmembran</strong><br />
• Bei einer Doppelmembran sind die<br />
Schwänze einander zugerichtet. Die<br />
Kugeln bilden immer den äußeren<br />
Abschluß; sie sind wasserlöslich<br />
(= hydrophil).<br />
• Die beiden Schwänze stellen den<br />
fettlöslichen ( = hydrophoben) Teil<br />
dar. Eine Membran ist also außen<br />
wasserlöslich und innen fettlöslich.<br />
• Im Computermodell sind 20 solcher<br />
Lipidmoleküle parallel nebeneinander<br />
angeordnet.<br />
• Membranlipidmolekül<br />
Membranlipide<br />
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Tunnelproteine<br />
• Aus der genauen chemischen<br />
Bezeichnung (z.B. Palmitoyl-) kann<br />
man auf die enthaltene Fettsäure<br />
Palmitinsäure schließen.<br />
• Durch den Aufbau der Membran aus<br />
diesen speziellen Lipidmolekülen hat<br />
die Membran ganz bestimmte<br />
Permeabilitätseigenschaften<br />
(Permeabilität = Durchlässigkeit)<br />
• Allgemein gesagt ist sie<br />
semipermeabel ( =<br />
halbdurchlässig), d.h. bestimmte<br />
Stoffe passieren die Membran,<br />
andere nicht.<br />
5
Tunnelproteine<br />
• Auch die Ladung und Löslichkeit<br />
der Stoffe, die durch die Membran<br />
wollen, spielen eine Rolle.<br />
• Geladene Teilchen wie Ionen<br />
müssen meist unter<br />
Energieaufwand (aktiv) mit<br />
speziellen Ionenpumpen durch<br />
die Membran gepumpt werden.<br />
• Dies gilt auch für so wichtige<br />
Stoffe wie Glucose (=<br />
Traubenzucker) und<br />
Aminosäuren. Alle fettlöslichen<br />
Stoffe können meist problemlos<br />
die Membran durchdringen.<br />
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Die Proteine in einer Membran<br />
haben besondere Aufgaben. Sie<br />
dienen als z.B. als<br />
Tunnelproteine; um bestimmte<br />
Stoffe, die von alleine nicht<br />
hindurchtreten können, unter<br />
Energieaufwand hindurchzuschleusen<br />
oder sie bilden<br />
Rezeptoren (= "Antennen"), um<br />
mit Botenstoffen wie Hormonen<br />
Kontakt aufzunehmen (Signale<br />
aufzunehmen) und dadurch<br />
Vorgänge in der Zelle auzulösen.<br />
Weiterhin können Viren in die<br />
Zelle eindringen.<br />
Tunnelproteine<br />
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Interaktion mit der <strong>Zellmembran</strong><br />
Hier sind verschiedene Rezeptoren einer Zellmemban abgebildet. Diese können aus<br />
Proteinen oder aus Glykoproteinen (Eiweiße mit Kohlenhydraten) bestehen.<br />
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Bedeutung der Cytoplasmamembran<br />
Trennung von Reaktionsräumen:<br />
• Semipermeable ( = halbdurchlässige) Membran beim<br />
Stofftransport, d.h. manche Stoffe können passieren, andere nicht.<br />
Sie besitzt Membranporen.<br />
• Ankerpunkt für das Cytoskelett zur Aufrechterhaltung der Form.<br />
• Bindung und Reaktionsort von Enzymen<br />
• Membranen besitzen an der Außenseite Rezeptoren zur Erkennung<br />
von Signalstoffen wie Hormone.<br />
• Manche Zellen wie Nierenzellen haben einen Saum fingerartiger<br />
Ausstülpungen, Mikrovilli genannt zur Oberflächenvergrößerung,<br />
dies gilt auch für Darmzotten.<br />
• Die Aufnahme von Flüssigkeit nennt man Pinocytose.<br />
• Die Aufnahme von festen Partikeln heißt Phagocytose.<br />
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Signalproteine<br />
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Signalproteine<br />
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Signalproteine<br />
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Signalproteine<br />
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Lipidmembran<br />
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Lipidmembran<br />
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Lipidmembran<br />
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Lipidmembran<br />
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Lipidmembran<br />
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Lipidmembran<br />
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Protein-Lipid Binding<br />
Experimente<br />
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Actin Related Protein (Arp2) inserts into<br />
Artifical Lipid Membranes<br />
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Actin Related Protein (Arp2)<br />
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Structure Prediction of Arp2<br />
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Possible Hydrophobic Interaction<br />
• Result from Computer<br />
analyses:<br />
• Residue<br />
• (amino acid 185-202)<br />
RDVTRYLIKLLLLRG<br />
YVF. Interact with the<br />
hydrophobic region of<br />
the lipid membrane<br />
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Differential Scanning Calorimeter<br />
Principal Results<br />
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Filmbalance<br />
Principal Results<br />
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Stopped Flow Apparatus<br />
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