Plasmamembran: Definition, Struktur & Funktion (mit Diagramm)

Die Plasmamembran ist eine schützende Barriere, die das Innere der Zelle umgibt. Auch genannt Zellmembran, diese Struktur ist halbporös und ermöglicht bestimmte Moleküle in und aus der Zelle. Es dient als Grenze, indem es den Inhalt der Zelle im Inneren hält und verhindert, dass er herausläuft.

Beide prokaryontische und eukaryontische Zellen haben Plasmamembranen, aber die Membranen variieren zwischen verschiedenen Organismen. Im Allgemeinen bestehen Plasmamembranen aus Phospholipiden und Proteinen.

Phospholipide bilden die Basis der Plasmamembran. Die Grundstruktur eines Phospholipids umfasst a hydrophob (wasserfürchtiger) Schwanz und a hydrophil (wasserliebender) Kopf. Das Phospholipid besteht aus einem Glycerin plus einer negativ geladenen Phosphatgruppe, die beide den Kopf bilden, und zwei nicht geladenen Fettsäuren.

Obwohl zwei Fettsäuren mit dem Kopf verbunden sind, werden sie zu einem "Schwanz" zusammengefasst. Diese hydrophilen und hydrophoben Enden ermöglichen eine

Das flüssiges Mosaikmodell erklärt die Funktion und den Aufbau einer Zellmembran.

Erstens sieht die Membran wie ein Mosaik aus, weil sie verschiedene Moleküle wie Phospholipide und Proteine ​​enthält. Zweitens ist die Membran flüssig, weil sich die Moleküle bewegen können. Das gesamte Modell zeigt, dass die Membran nicht starr ist und sich verändern kann.

Die Zellmembran ist dynamisch und ihre Moleküle können sich schnell bewegen. Zellen können die Fluidität ihrer Membranen steuern, indem sie die Anzahl der Moleküle bestimmter Substanzen erhöhen oder verringern.

Es ist wichtig zu beachten, dass verschiedene Fettsäuren Phospholipide bilden können. Die beiden Haupttypen sind gesättigt und ungesättigt Fettsäuren.

Gesättigte Fettsäuren haben keine Doppelbindungen und stattdessen die maximale Anzahl von Wasserstoffbrücken mit Kohlenstoff. Das Vorhandensein von nur Einfachbindungen in gesättigten Fettsäuren macht es leicht, Phospholipide fest zusammenzupacken.

Auf der anderen Seite haben ungesättigte Fettsäuren einige Doppelbindungen zwischen den Kohlenstoffen, so dass es schwieriger ist, sie zusammenzupacken. Ihre Doppelbindungen verursachen Knicke in den Ketten und beeinträchtigen die Fluidität der Plasmamembran. Die Doppelbindungen schaffen mehr Platz zwischen den Phospholipiden in der Membran, sodass einige Moleküle leichter passieren können.

Gesättigte Fette sind bei Raumtemperatur eher fest, während ungesättigte Fettsäuren bei Raumtemperatur flüssig sind. Ein gängiges Beispiel für ein gesättigtes Fett, das Sie in der Küche haben können, ist Butter.

Ein Beispiel für ein ungesättigtes Fett ist flüssiges Öl. Die Hydrierung ist eine chemische Reaktion, die flüssiges Öl in einen Feststoff wie Margarine verwandeln kann. Durch partielle Hydrierung werden einige der Ölmoleküle in gesättigte Fette umgewandelt.

•••Dana Chen | Wissenschaft

Sie können ungesättigte Fette in zwei weitere Kategorien einteilen: cis-ungesättigte Fette und trans-ungesättigte Fette. Cis-ungesättigte Fette haben zwei Wasserstoffatome auf derselben Seite einer Doppelbindung.

Jedoch, Trans-ungesättigte Fette haben zwei Wasserstoffatome auf gegenüberliegenden Seiten einer Doppelbindung. Dies hat einen großen Einfluss auf die Form des Moleküls. Cis-ungesättigte Fette und gesättigte Fette kommen natürlich vor, aber trans-ungesättigte Fette werden im Labor hergestellt.

Sie haben vielleicht in den letzten Jahren von gesundheitlichen Bedenken im Zusammenhang mit dem Verzehr von Transfettsäuren gehört. Auch trans-ungesättigte Fette genannt, stellen Lebensmittelhersteller Transfette durch teilweise Hydrierung her. Untersuchungen haben nicht gezeigt, dass Menschen die Enzyme notwendig, um Transfette zu verstoffwechseln, sodass deren Verzehr das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Diabetes erhöhen kann.

Cholesterin ist ein weiteres wichtiges Molekül, das die Fluidität in der Plasmamembran beeinflusst.

Cholesterin ist ein Steroide das kommt natürlich in der Membran vor. Es hat vier verbundene Kohlenstoffringe und einen kurzen Schwanz und ist zufällig über die Plasmamembran verteilt. Die Hauptfunktion dieses Moleküls besteht darin, die Phospholipide zusammenzuhalten, damit sie sich nicht zu weit voneinander entfernen.

Gleichzeitig sorgt Cholesterin für den notwendigen Abstand zwischen den Phospholipiden und verhindert, dass sie so dicht gepackt werden, dass wichtige Gase nicht durchdringen können. Im Wesentlichen kann Cholesterin helfen, zu regulieren, was die Zelle verlässt und in sie eindringt.

Essentielle Fettsäuren wie Omega-3-Fettsäuren bilden einen Teil der Plasmamembran und können ebenfalls die Fließfähigkeit beeinflussen. Gefunden in Lebensmitteln wie fettem Fisch, Omega-3 Fettsäuren sind ein wesentlicher Bestandteil Ihrer Ernährung. Nachdem Sie sie gegessen haben, kann Ihr Körper der Zellmembran Omega-3-Fettsäuren hinzufügen, indem er sie in die Phospholipid Doppelschicht.

Omega-3-Fettsäuren können die Proteinaktivität in der Membran beeinflussen und die Genexpression verändern.

Die Plasmamembran enthält verschiedene Arten von Proteinen. Einige befinden sich auf der Oberfläche dieser Barriere, während andere darin eingebettet sind. Proteine ​​können als Kanäle oder Rezeptoren für die Zelle fungieren.

Integrale Membranproteine befinden sich in der Phospholipid-Doppelschicht. Die meisten von ihnen sind Transmembranproteine, was bedeutet, dass Teile von ihnen auf beiden Seiten der Doppelschicht sichtbar sind, weil sie herausragen.

Im Allgemeinen helfen integrale Proteine ​​beim Transport größerer Moleküle wie Glukose. Andere integrale Proteine ​​fungieren als Kanäle für Ionen.

Diese Proteine ​​haben polare und unpolare Regionen, die denen ähnlich sind, die in Phospholipiden gefunden werden. Auf der anderen Seite befinden sich periphere Proteine an der Oberfläche der Phospholipiddoppelschicht. Manchmal sind sie an integrale Proteine ​​gebunden.

Zellen haben Netzwerke von Filamenten, die als Zytoskelett bezeichnet werden und die Struktur bereitstellen. Das Zytoskelett existiert normalerweise direkt unter der Zellmembran und interagiert mit dieser. Es gibt auch Proteine ​​im Zytoskelett, die die Plasmamembran unterstützen.

Tierzellen haben beispielsweise Aktinfilamente, die als Netzwerk wirken. Diese Filamente sind durch Verbindungsproteine ​​an der Plasmamembran befestigt. Zellen brauchen das Zytoskelett zur strukturellen Unterstützung und zur Vermeidung von Schäden.

Ähnlich wie Phospholipide haben Proteine ​​hydrophile und hydrophobe Regionen, die ihre Platzierung in der Zellmembran vorhersagen.

Transmembranproteine ​​haben beispielsweise hydrophile und hydrophobe Teile, sodass die hydrophobe Teile können die Membran passieren und mit den hydrophoben Schwänzen der Membran interagieren Phospholipide.

Die Plasmamembran enthält einige Kohlenhydrate. Glykoproteine, die eine Art von Protein sind, an das ein Kohlenhydrat gebunden ist, existieren in der Membran. Glykoproteine ​​sind normalerweise integrale Membranproteine. Die Kohlenhydrate auf Glykoproteinen helfen bei der Zellerkennung.

Glykolipide sind Lipide (Fette) mit angelagerten Kohlenhydraten und sie sind auch Teil der Plasmamembran. Sie haben hydrophobe Lipidschwänze und hydrophile Kohlenhydratköpfe. Dies ermöglicht ihnen, mit der Phospholipid-Doppelschicht zu interagieren und daran zu binden.

Im Allgemeinen helfen sie, die Membran zu stabilisieren und können bei der Zellkommunikation helfen, indem sie als Rezeptoren oder Regulatoren fungieren.

Eine der wichtigsten Eigenschaften dieser Kohlenhydrate ist, dass sie sich wie. verhalten Identifikations-Tags auf der Zellmembran, und dies spielt eine Rolle bei der Immunität. Die Kohlenhydrate aus Glykoproteinen und Glykolipiden bilden die für das Immunsystem wichtige Glykokalyx um die Zelle. Die Glykokalyx, auch perizelluläre Matrix genannt, ist eine Beschichtung, die ein unscharfes Aussehen hat.

Viele Zellen, einschließlich menschlicher und bakterieller Zellen, weisen diese Art von Beschichtung auf. Beim Menschen ist die Glykokalyx bei jedem Menschen einzigartig, weil Gene, damit das Immunsystem die Beschichtung als Identifikationssystem nutzen kann. Ihre Immunzellen können die zu Ihnen gehörende Beschichtung erkennen und greifen Ihre eigenen Zellen nicht an.

Die Plasmamembran hat andere Funktionen, wie z Transport von Molekülen und Zell-Zell-Kommunikation. Die Membran lässt Zucker, Ionen, Aminosäuren, Wasser, Gase und andere Moleküle in die Zelle eintreten oder sie verlassen. Es kontrolliert nicht nur den Durchgang dieser Substanzen, sondern bestimmt auch, wie viele sich bewegen können.

Die Polarität der Moleküle hilft zu bestimmen, ob sie die Zelle betreten oder verlassen können.

Beispielsweise, unpolar Moleküle können die Phospholipid-Doppelschicht direkt durchdringen, aber Polar- diejenigen müssen die Proteinkanäle verwenden, um zu passieren. Sauerstoff, der unpolar ist, kann sich durch die Doppelschicht bewegen, während Zucker die Kanäle nutzen muss. Dadurch entsteht ein selektiver Materialtransport in die und aus der Zelle.

Die selektive Permeabilität von Plasmamembranen gibt den Zellen mehr Kontrolle. Die Bewegung von Molekülen über diese Barriere wird in zwei Kategorien unterteilt: passiver Transport und aktiver Transport. Beim passiven Transport muss die Zelle keine Energie aufwenden, um Moleküle zu bewegen, aber der aktive Transport verwendet Energie aus Adenosintriphosphat (ATP).

Diffusion und Osmose sind Beispiele für passiven Transport. Im erleichterte Diffusion, Proteine ​​in der Plasmamembran helfen den Molekülen, sich zu bewegen. Im Allgemeinen beinhaltet der passive Transport die Bewegung von Stoffen von einer hohen Konzentration zu einer niedrigen Konzentration.

Wenn eine Zelle beispielsweise von einer hohen Sauerstoffkonzentration umgeben ist, kann sich der Sauerstoff frei durch die Doppelschicht zu einer niedrigeren Konzentration innerhalb der Zelle bewegen.

Aktiven Transport passiert über die Zellmembran und betrifft normalerweise die in dieser Schicht eingebetteten Proteine. Diese Art des Transports ermöglicht es den Zellen, gegen den Konzentrationsgradienten zu arbeiten, was bedeutet, dass sie Dinge von einer niedrigen Konzentration zu einer hohen Konzentration bewegen können.

Es benötigt Energie in Form von ATP.

Die Plasmamembran hilft auch bei der Kommunikation von Zelle zu Zelle. Dabei kann es sich um die Kohlenhydrate in der Membran handeln, die an der Oberfläche herausragen. Sie haben Bindungsstellen, die Zellsignalisierung. Die Kohlenhydrate einer Zellmembran können mit den Kohlenhydraten einer anderen Zelle interagieren.

Auch die Proteine ​​der Plasmamembran können bei der Kommunikation helfen. Transmembranproteine ​​fungieren als Rezeptoren und können an Signalmoleküle binden.

Da die Signalmoleküle dazu neigen, zu groß zu sein, um in die Zelle einzudringen, tragen ihre Interaktionen mit den Proteinen dazu bei, einen Reaktionsweg zu schaffen. Dies geschieht, wenn sich das Protein durch Wechselwirkungen mit dem Signalmolekül verändert und eine Reaktionskette in Gang setzt.

In einigen Fällen werden die Membranrezeptoren einer Zelle gegen den Organismus verwendet, um ihn zu infizieren. Beispielsweise kann das humane Immunschwächevirus (HIV) die zelleigenen Rezeptoren verwenden, um in die Zelle einzudringen und sie zu infizieren.

HIV hat Glykoprotein-Vorsprünge an seiner Außenseite, die zu den Rezeptoren auf Zelloberflächen passen. Das Virus kann an diese Rezeptoren binden und eindringen.

Ein weiteres Beispiel für die Bedeutung von Markerproteinen auf Zelloberflächen findet sich in humanen rote Blutkörperchen. Sie helfen festzustellen, ob Sie A, B, AB oder O haben Blutgruppe. Diese Marker werden Antigene genannt und helfen Ihrem Körper, seine eigenen Blutzellen zu erkennen.

Eukaryoten haben keine Zellwände, daher ist die Plasmamembran das einzige, was verhindert, dass Substanzen in die Zelle eindringen oder sie verlassen. Jedoch, Prokaryoten und Pflanzen haben beides Zellwände und Plasmamembranen. Das Vorhandensein nur einer Plasmamembran ermöglicht es eukaryotischen Zellen, flexibler zu sein.

Die Plasmamembran oder Zellmembran fungiert als Schutzanstrich für die Zelle in Eukaryoten und Prokaryoten. Diese Barriere hat Poren, sodass einige Moleküle in die Zellen ein- oder austreten können. Die Phospholipid-Doppelschicht spielt als Basis der Zellmembran eine wichtige Rolle. Sie können auch Cholesterin und Proteine ​​​​in der Membran finden. Kohlenhydrate neigen dazu, an Proteine ​​oder Lipide gebunden zu sein, aber sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Immunität und Zellkommunikation.

Die Zellmembran ist a flüssige Struktur das bewegt und verändert. Aufgrund der unterschiedlichen eingebetteten Moleküle sieht es aus wie ein Mosaik. Die Plasmamembran bietet Unterstützung für die Zelle und hilft gleichzeitig bei der Zellsignalisierung und beim Transport.