Zellmembran

Die Zellen sind durch eine Zellmembran (Plasmamembran) vom extrazellulären Raum getrennt. Ebenfalls sind manche Zellorganellen vom Zytoplasma durch eine Membran abgegrenzt. Diese besteht meistens aus einer Lipiddoppelschicht. Mitochondrien und der Zellkern sind von zwei Lipiddoppelschichten begrenzt. Es können ebenfalls Proteine in die Lipiddoppelschicht eingelagert sein, diese umfassen integrale und periphere Proteine. An der Außenseite der Plasmamembran befindet sich die Glykokalyx, eine Schicht aus Kohlenhydraten von Glykoproteinen und Glykolipiden.

 Merke

Die Zellmembran ist wie ein Türsteher, der entscheidet, wer rein und raus darf.

Bestandteile:

Phospholipide:

Phospholipide sind ein Hauptbestandteil der Lipiddoppelschicht. Sie haben einen hydrophoben und hydrophilen Anteil, weshalb sie eine amphiphile Eigenschaft ausweisen. Die häufigsten in der Zellmembran vorkommenden Phospholipide sind unterschiedlich auf die Membranseiten verteilt:

• Äußere Membranschicht
  • Phosphatidylcholin (PC), Sphingomyelin (SM)
• Innere Membranschicht
  • Phosphatidylserin (PS), Phosphatidylethanolamin (PE), Phosphatidylinositol (PI)
• Die Verteilung wird durch Translokatoren kontrolliert:
  • Flippasen transportieren ATP-abhängig von außen nach innen
  • Floppasen transportieren ATP-abhängig von innen nach außen
  • Scramblasen ermöglichen einen energieunabhängigen Lipidaustausch in beide Richtungen

 Tipp

Merkhilfe: Lipidverteilung in der Zellmembran

• Außen: „Draußen tanzt man Swing zur Musik vom PC“
  • → Sphingomyelin („Swing“) und Phosphatidylcholin („PC“) 
• Innen: „Drinnen wird PEPSI getrunken“
  • → Phosphatidylethanolamin („PE“), Phosphatidylserin („PS“), Phosphatidylinositol („PI“)

Cholesterin:

Cholesterin trägt zur Membranfluidität in beide Richtungen bei. Bei Membranen mit überwiegend gesättigten Fettsäuren erhöht es die Fluidität, bei Membranen mit überwiegend ungesättigten Fettsäuren dient es als Lückenfüller und senkt die Fluidität.

Lipid Rafts:

Cholesterin ist ebenfalls beteiligt bei der Bildung von sogenannten Lipid Rafts. Lipid Rafts sind spezielle Bereiche in der Zellmembran, die einen hohen Anteil an Sphingomyelinen, Glycosphingolipiden und Cholesterin aufweisen. Caveolae sind Einbuchtungen in der Zellmembran und stellen eine Spezialform der Lipid Rafts dar. Sie haben eine typische Zusammensetzung aus Proteinen und Lipiden. Lipid Rafts erfüllen verschiedene Aufgaben, unter anderem sind sie beteiligt an der Sortierung von Proteinen für die Zellmembran im Golgi-Apparat. Auch für die Endozytose und Signaltransduktion spielen sie eine wichtige Rolle.

Glykolipide und Glykoproteine:

• Viele Membranbestandteile sind glykolysiert
  • Es handelt sich um Membranlipide oder -proteine mit einem angehängten Kohlenhydratrest
  • Die Zuckerreste bestehen meist aus weniger als 15 Monosaccharideinheiten

Glykokalyx:

• Schutzschicht auf der Außenseite der Zellmembran
• Besteht aus Glykoproteinen und Glykolipide, die in den extrazellulären Raum ragen und ihrer Gesamtheit die Glykokalyx bilden
• Dienen der Zellerkennung und fungieren teilweise als Antigene, Beispiel: AB0- Blutgruppensystem

Funktionelle Membranproteine:

• Membranassoziierte (periphere) Proteine
  • Befinden sich nur auf einer Seite der Membran
  • Anbindung über Lipidanker möglich
    • Zum Beispiel Prenylgruppen, Fettsäuren oder GPI-Anker 
  • Keine feste Verankerung in der Membran
    • Ermöglicht Beweglichkeit innerhalb der Membranebene
• Integrale Membranproteine
  • Sind in die Lipiddoppelschicht eingebettet 
  • Unterformen
    • Monotope Proteine
      • Ragen nur in eine Membranschicht hinein
    • Transmembrane Proteine
      • Durchqueren beide Membranschichten vollständig
      • Verankerung meist über hydrophobe Transmembrandomänen
      • Oft glykolysiert
      • Verbinden den extrazellulären mit dem intrazellulären Raum
      • Beispiele
        • Rezeptoren (z. B. G-Protein-gekoppelte Rezeptoren), Transportproteine