2. Beschreiben Sie den Aufbau der Zellmembran! at Medizinische Hochschule Hannover

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Aufbau der Membran 

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Proteine der Membran

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Periphere Membranproteine
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Kanäle, Transporter, Rezeptoren und Pumpen

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Ionenkanäle

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Aquaporine

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Transporter
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Cotransporter

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Membranpumpen

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Rezeptoren/ Rezeptorproteine

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Zelladhäsionsmoleküle
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Gylkokalyx („Zuckermantel“)

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2. Beschreiben Sie den Aufbau der Zellmembran!

Aufbau der Membran 
  • Doppelschicht aus Lipiden
  • Phospholipide, Glykolipide & Cholesterin
- hydrophober Schwanz & hydrophiler Kopf
- hydrophile Teile der Phospholipide liegen innen & außen, hydrophobe Anteile liegen zentral in der Membran
- Amphiphil (löslich in polaren & unpolaren Lösungsmitteln)
- Nicht-kovalente Bindungen halten die Lipide zusammen (VdW-Bindung)
  • Cholesterin als Lückenfüller & wesentlich für die Membranfluidität: bei 37°C verhindert es eine zu hohe & bei niedrigeren Temperaturen eine zu niedrige Fluidität
  • Membranskelett aus Spectrin (Protein)
  • Flüssig-Mosaik-Modell:
- Membran ist nach dem Modell ein Mosaik aus Proteinmolekülen, die einzeln in eine flüssige Phospholipid-Doppelschicht eingebettet sind & sich lateral in ihr bewegen 
- Biomembran beschrieben als dynamische Struktur
- Laterale Diffusion & Rotation der Membranbausteine möglich (d.h. Membranproteine können in Lipidschicht umherschwimmen, sowie auch die Lipidmoleküle)
- transverse Diffusion („flip Flop“) geschied selten
- Cholesterin passt die Fluidität je nach Temperatur an
  • Proteine, Ionenkanäle, Transporter, Pumpen, Rezeptoren & Zelladhäsionsmoleküle können eingelagert werden

2. Beschreiben Sie den Aufbau der Zellmembran!

Proteine der Membran
  • Membranproteine sind für die meisten spezifischen Funktionen der Membran verantwortlich
  • Proteine können integral oder peripher in die Membran eingelagert sein & umherschwimmen

2. Beschreiben Sie den Aufbau der Zellmembran!

Periphere Membranproteine
  • Sind der Membran innen oder außen angelagert 
  • Verbindung mit Membraninnen- oder Außenseite über Anlagerung an Transmembranproteine
  • Dienen auf der Zytosolseite (innere Seite) häufig als Adaptoren für die indirekte Bindung der Transmembranproteine am Zytoskelett

2. Beschreiben Sie den Aufbau der Zellmembran!

Kanäle, Transporter, Rezeptoren und Pumpen
-> Transmembranproteine 

2. Beschreiben Sie den Aufbau der Zellmembran!

Ionenkanäle
  • Proteine mit mehreren Alpha-Helices können tunnelförmige Gebilde mit hydrophilem Lumen aufbauen -> Ionenkanäle
  • Durchtritt von Ionen sehr schnell durch eine Membran (Na+, K+,Ca2+, Cl-,...) entlang des Gradienten (passiver Transportvorgang) -> dabei teilweise hochselektiv 
  • Sind nicht immer offen:
- Ligandengesteuerte Ionenkanäle öffnen sich nach Bindung eines Signalmoleküls
- Spannungsgesteuerte Ionenkanäle öffnen sich bei Änderung des elektrischen Potentials der Membran
- Ionenkanäle in der Membran von Sinneszellen können sich durch mechanische Stellungsänderungen der Sinneshaare öffnen/schließen

2. Beschreiben Sie den Aufbau der Zellmembran!

Aquaporine
  • Kanalproteine in der Membran verschiedener Zelltypen (z.B. Sammelrohr des Nierenmarks, Endothelzellen, Muskelzellen, Astrozyten,...)
  • Sie transportieren Wasser (sind für Wasser durchlässig)
  • Ca. 3*10^9 Wassermoleküle können pro Sekunde den Kanal passieren

2. Beschreiben Sie den Aufbau der Zellmembran!

Transporter
  • Carrierproteine, Transportproteine oder einfach nur „Carrier“ genannt
  • Transportieren kleine hydrophile Moleküle, wie z.B. Zucker, Aminosäuren, etc. (und Ionen) entlang eines Gradienten 
-> man sagt auch „bergab“, d.h. Von einer höheren zu einer niedrigeren Konzentration
  • Passiver Transportvorgang, er erfordert also keine Energie
  • Konformationsänderung des Transporters häufig
  • Werden Stoffe alleine transportiert, spricht man von Uniport

2. Beschreiben Sie den Aufbau der Zellmembran!

Cotransporter
  • Carrier, die mehrere Stoffe gleichzeitig transportieren (Co-Transport)
  • Transport von zwei Stoffen in die gleiche Richtung (Symport) oder in entgegengesetzte Richtung (Austausch/Antoport)
  • Ein Stoff folgt dem Gardienten, den die Zelle aktiv aufrechterhalten muss (mit einer Pumpe an einer anderen Stelle)
  • Die Energie, die in dem Gradienten steckt, wird genutzt um den anderen Stoff entgegen den Gradienten zu transportieren 
-> sekundär aktiver Prozess/Transport

2. Beschreiben Sie den Aufbau der Zellmembran!

Membranpumpen
  • Sind wie Transporter Transmembranproteine
  • Transportieren Ionen entgegen des Konzentrationsgradienten, also „bergauf“
  • Dieser Transport verbraucht Energie 
-> primär aktiver Prozess
  • Energie wird durch Hydrolyse von ATP gewonnen
  • Membranpumpen spalten das ATP selber, daher sind sie auch Enzyme
-> werden deshalb auch Transport-ATPase genannt
  • Beispiel ist die Na+ -K+ -ATPase, ihre Aufgaben
- Aufrechterhaltung des spezifischen inneren Milieus [K+] innen hoch; [Na+] innen niedrig; [Ca2+] innen niedrig
  • ist generell Motor für viele Transportvorgänge

2. Beschreiben Sie den Aufbau der Zellmembran!

Rezeptoren/ Rezeptorproteine
  • Binden ein spezifisches extrazelluläres Signalmolekül
-> Ligand (z.B. ein Hormon), das bestimmte zelluläre Reaktionen auslöst
  • Biologische Wirkung durch:
1. Öffnung eines angeschlossenen Ionenkanals
2. Auslösung einer Reaktionskette im Inneren

2. Beschreiben Sie den Aufbau der Zellmembran!

Zelladhäsionsmoleküle
  • Auch adhäsive Moleküle („cell adhasion molecules“ =CAMs) sind Transmembranproteine, die Zellen mit ihren Nachbarzellen/  der umgebenen Matrix verbinden
  • Sind Bestandteil von Zellkontakten, können aber auch ohne sie vorkommen
  • z.B. Cadherine -> deren Funktion ist calciumabhängig

2. Beschreiben Sie den Aufbau der Zellmembran!

Gylkokalyx („Zuckermantel“)
  • An Außenseite der Plasmamembran
  • Integraler Bestandteil der Plasmamembran
  • Äußere Lipidlamelle enthält neben Phospholipiden auch Glykolipide
  • An denen nach außen weisenden Enden sitzen Zuckerketten (Oligsaccharide) & Sialinsäure (Säuren vom Zucker abgeleitet)
-> Zuckerreste tagen über Lipidschicht hinweg in den Extrazellulärraum
  • Manche integralen Membranproteine (Glykoproteine, Muzine, Proteoglykane) besitzen Oligsaccharid-reiche Abschnitte/ lange Glykanketten
-> damit können sie weit über äußere Lipidschicht hinausragen
  • Die Gesamtheit aller zuckerhaltigen „Anhängsel“ ist die Glykokalix
  • Chemische Zusammensetzung ist spezifisch für jede Zellart
  • Manche Oligsaccharide der Glykokalix sind Erkennungsstellen für zuckerbindende Proteine (Lektine), diese sind für vorübergehende Zell-Zell-Bindungen von Bedeutung
  • Sorgt aufgrund vieler anionischer Reste (Sialinsäuren, sulfatierte Glykosaminoglykane) für Negativladung der Zelloberfläche (z.B. Wichtig für Funktion der Blut-Harn-Schranke im Nieren Glomerulus)

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Die Zellmembran at

Medizinische Universität Graz

Zellen der Haut at

Hochschule für Gestaltung und Kunst Zürich

Zellmebran at

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