Aufbau einer Zellmembran

Nur eine sehr dünne, flexible Barriere trennt den Inhalt einer Zelle von ihrer Umgebung. Die Zellmembranfunktion ermöglicht selektiv den Austausch und die Passage bestimmter Moleküle, während unerwünschte Substanzen ferngehalten werden. Teile der Zellmembran ermöglichen es der Zelle auch, mit anderen Zellen und der sie umgebenden Umgebung zu kommunizieren. Sowohl Pflanzen als auch Tiere besitzen Zellmembranen, aber ihre Zellmembranstruktur und -organisation unterscheidet sich, da Pflanzen, Hefen und Bakterien haben eine starre Zellwand außerhalb der Membran für zusätzlichen Halt und Struktur. Die einzigartigen Funktionen der Zellmembran bestimmen ihre Struktur und Eigenschaften.

Ein zweischichtiger Aufbau aus speziellen Lipidmolekülen, den sogenannten Phospholipiden, bildet die Zellmembran. Jedes Phospholipid hat zwei Fettsäureketten, die an einem Phosphat-Glycerin-Kopf befestigt sind. Die Fettsäuren sind hydrophob (wasserhassend), während der Phosphatkopf hydrophil (wasserliebend) ist. Die beiden Phospholipidschichten positionieren sich so, dass sich die Fettsäuren innerhalb der Schichten oder Blättchen befinden. Nach „Carnegie-Mellon: The Structure and Function of the Cell Membrane“, wenn die Doppelschichtmembran kommt in Kontakt mit Wasser ordnen sich die Phospholipidmoleküle neu an, um die Fettsäureschwänze fernzuhalten Wasser.

Zwei Arten von Proteinen sind über die Zellmembran verstreut: integrale Proteine ​​und periphere Proteine. Integrale Proteine, die aus langen Aminosäureketten bestehen, passieren die gesamte Membran. Einige Teile des Proteins interagieren mit der äußeren Umgebung und andere Teile interagieren mit dem Zellinneren. Daher werden integrale Proteine ​​auch als Transmembranproteine ​​bezeichnet. Integrale Proteine ​​haben zwei Hauptfunktionen. Sie fungieren als Poren, die bestimmte „Ionen oder Nährstoffe in die Zelle einlassen“ und „Signale in die und aus der Zelle übertragen“, so James Burnette III im Carnegie-Mellon-Artikel.

Im Gegensatz dazu heften sich periphere Proteine ​​nur an die Membranoberfläche und dienen als Anker für das Zytoskelett oder extrazelluläre Fasern.

Eine Kohlenhydratschicht, die als Glykokalyx bekannt ist, bedeckt die Zelloberfläche. Die Glykokalyx besteht aus kurzen Oligosacchariden, die an bestimmte Arten von Transmembranproteinen gebunden sind. Laut „The Cell: Structure of the Plasma Membrane“ liefert die Glykokalyx die Identität einer Zelle. Es bietet im Wesentlichen eine Reihe von Markern, die zwischen identischen Zellen und fremden oder eindringenden Zellen unterscheiden können. Die Glykokalyx dient auch dem Schutz der Zelloberfläche.

Cholesterine sind eine andere Art von Lipiden, die sich auf der Zellmembran befinden. Über das Fettsäureinnere verstreut, verhindern Cholesterine, dass sich die Schwänze zu fest packen und helfen, die Membran flüssig zu halten.

Zuerst von Singer und Nicolson („Science“, 18. Februar 1972) als Fluid Mosaic Model vorgeschlagen, weist die Zellmembran zwei wesentliche Merkmale auf, die es ihr ermöglichen, ihre Funktionen zu erfüllen. Erstens ist die Zellmembran eine Mosaikstruktur aus verschiedenen Molekülen. Jeder Zelltyp in mehrzelligen und einzelligen Organismen wird eine einzigartige Sammlung und Kombination von Proteinen, Kohlenhydraten und Lipiden aufweisen. Als Beispiel erwähnt Burnette von Carnegie-Mellon, dass die Membran der roten Blutkörperchen mehr als 50 Arten von Proteinen enthält.

Die zweite Eigenschaft der Zellmembran ist ihre Fließfähigkeit. Die Phospholipide bewegen sich frei in jeder Schicht der Membran und ordnen sich selbst neu an, aber sie durchqueren selten den hydrophoben Bereich und gehen nach Burnette in die gegenüberliegende Schicht über. Die hydrophilen Köpfe befinden sich immer am äußeren Rand und die hydrophoben Schwänze bleiben im Kern der Doppelschicht.

Die Fluideigenschaft der Membran führt zu asymmetrischen Doppelschichten. Burnette beschreibt, dass als Reaktion auf sich ändernde Umgebungen oder unterschiedliche Temperaturen innerhalb und außerhalb der Zelle mehr auftreten können Proteine ​​oder Kohlenhydratmoleküle auf jeder Schicht gleichzeitig, was den selektiven Durchgang von Molekülen und Ionen durch die Membran.

Eine Illustration der Fluidmosaikeigenschaften der Zellmembran wird bei "Carnegie-Mellon: The Structure and Function of the Cell Membrane" präsentiert.