Select your language

Suggested languages for you:
Log In Anmelden
StudySmarter - Die all-in-one Lernapp.
4.8 • +11k Ratings
Mehr als 5 Millionen Downloads
Free
|
|

Die All-in-one Lernapp:

  • Karteikarten
  • NotizenNotes
  • ErklärungenExplanations
  • Lernpläne
  • Übungen
App nutzen

Biomembran

Save Speichern
Print Drucken
Edit Bearbeiten
Melde dich an und nutze alle Funktionen. Jetzt anmelden
Biomembran

Die Biomembran ist sowohl in eukaryotischen als auch in prokaryotischen Zellen zu finden. Sie umfasst den intrazellulären Raum und grenzt die Zelle von dem extrazellulären Raum ab. Sie ist jedoch auch innerhalb einer Zelle zu finden. Dort umschließt sie einzelne Organelle. Dieses Phänomen wird Kompartimentierung genannt. Die Zellmembran ist, anders als die Zellwand einer pflanzlichen Zelle, sehr beweglich. Das liegt an der Doppelschicht aus Phospholipiden, aus denen die Membran besteht.

Aufbau der Biomembran

Biomembran, Aufbau Biomembran, StudySmarterAbbildung 1: Aufbau der Biomembran

In Abbildung 1 findest Du den Aufbau einer Membran. Sie ist sehr beweglich und wird von verschiedensten Proteinen durchzogen oder ummantelt.

Diese Art der Darstellung der Biomembran wird als Flüssig-Mosaik-Modell bezeichnet.

Phospholipiddoppelschicht

Hauptsächlich besteht die Membran aus einer Doppelschicht aus Phospholipiden. Die Phospholipide besitzen einen hydrophilen, also wasserliebenden Kopf, und zwei hydrophobe, also wasserabstoßende Schwänzchen. Das Modell zeigt, dass die hydrophilen Köpfchen nach außen zeigen, während die hydrophoben Schwänzchen im Inneren der Biomembran liegen. Das hat zur Folge, dass die Biomembran nach außen hin wasserlöslich ist. Da das Phospholipidmolekül sowohl einen hydrophilen als auch einen lipophilen Teil besitzt, wird es als amphipatisch bezeichnet.

Glykolipide

An der Außenseite der Membran liegen die Glykolipide. Sie haben einen oder mehrere Mehrfachzucker (Polysaccharide) kovalent an sich gebunden. Sie dienen als Erkennungssignal bei Wechselwirkungen zwischen Zellen.

Die kovalente Bindung ist eine Bindungsart, die vorwiegend bei Nichtmetallen auftritt. Die beteiligten Atome teilen sich mindestens ein Elektronenpaar, um so die Edelgaskonfiguration zu erreichen.

Mehr dazu findest Du in dem Artikel "Kovalente Bindungen".

Cholesterin

Cholesterin ist vor allem in tierischen Zellen zu finden und gilt als Steroid. Je höher der Anteil von Cholesterin in der Membran ist, desto unbeweglicher wird diese. Cholesterin nimmt also Einfluss auf die Fluidität der Zellmembran.

Membranproteine

Als Membranproteine bezeichnet man die Proteine, die sich an oder in der Doppelschicht der Biomembran befinden. Es gibt dabei zwei unterschiedliche Arten.

Integrale Proteine

Diese Proteine durchziehen die gesamte Biomembran von einer Seite zur anderen. Man bezeichnet diese deshalb auch als Transmembranproteine. Um die Biomembran durchziehen zu können, besitzen auch sie die amphipathischen Eigenschaften der Phospholipide. Die integralen Proteine können sich in der Membran frei bewegen und sind nicht fest an einem Ort verankert.

Periphere Proteine

Diese Proteine liegen auf der Membran auf. Sie sind nicht verankert und können sich an der Membranschicht fortbewegen. Periphere Proteine sind nicht-kovalent an eines der hydrophilen Köpfchen gebunden.

Kanalproteine

Kanalproteine ermöglichen die Diffusion bestimmter Stoffe durch die Membran. Dabei können die Stoffe nur entlang des Konzentrationsgefälles diffundieren. Kanalproteine können unter anderem liganden- oder spannungsabhängig sein. Sie öffnen sich also erst, wenn sie mit Liganden binden oder wenn eine gewisse Spannung im Kanal erreicht ist.

Funktion der Biomembran

Hauptaufgabe der Zellmembran ist der Stofftransport innerhalb und außerhalb der Zelle. Aufgrund der Semipermeabilität kann die Zellmembran kontrollieren, welche Stoffe den intrazellulären Raum in welchem Maße betreten oder verlassen dürfen. Der Biomembran liegen aber noch viele weitere Aufgaben zugrunde:

  • Kompartimentierung
  • Gerüst für biochemische Aktivität
  • Selektive Permeabilität
  • Transport gelöster Stoffe
  • Signalübertragung
  • Interzelluläre Wechselwirkung
  • Oberflächenvergrößerung

Kompartimentierung

Die Kompartimentierung beschreibt die Unterteilung einer Zelle in verschiedene Bereiche. Dies geschieht durch die Biomembran. Sie umschließt z. B. den Zellkern, das Mitochondrium, den Golgi-Apparat oder die Ribosomen.

Transportmechanismen der Biomembran

Der Stofftransport ist eine Aufgabe der Zellmembran. Es wird zwischen dem aktiven und dem passiven Transport unterschieden.

Schau Dir gerne den Artikel zum Stofftransport durch die Biomembran an, um Genaueres zu erfahren.

Biomembran, Passiver und aktiver Transport Biomembran, StudySmarterAbbildung 2: Passiver und aktiver Transport

Passiver Transport

Der passive Transport ist eine Transportart, bei dem keine zusätzliche Energiezufuhr (zum Beispiel durch ATP) aufgewendet wird. Kanalproteine und Carrier-Proteine sind in der Lage, Stoffe passiv zu transportieren.

Adenosintriphosphat, kurz ATP, ist eine der wichtigsten Energiewährungen im menschlichen Körper. Es dient zur Bereitstellung von Energie und besteht aus der Base Adenin, dem Kohlenhydrat Ribose und drei Phosphatresten.

Carrier-Proteine sind auf bestimmte Moleküle spezialisiert. Erst, wenn diese Moleküle "andocken", kann der Transport beginnen. Dies wird auch als "Schlüssel-Schloss-Prinzip" bezeichnet. Ein bekanntes Beispiel für ein Carrier-Protein ist die Natrium-Kalium-Pumpe.

Carrier-Proteine können sowohl passiv als auch aktiv Stoffe transportieren. Die Natrium-Kalium-Pumpe ist zwar ein Carrier-Protein, gehört jedoch zum aktiven Transport.

Kanalproteine kannst Du Dir dagegen wie einen langen Tunnel vorstellen, durch den die Stoffe entlang des Konzentrationsgefälles strömen. Es gibt Kanäle, die dauerhaft geöffnet sind, aber auch Kanäle, die spannungsgesteuert sind. Das bedeutet, dass sich diese Kanäle erst zur Nutzung öffnen, wenn ein bestimmter Spannungswert erreicht worden ist.

Aktiver Transport

Wenn Stoffe entgegen ihres Konzentrationsgradienten an der Zellmembran transportiert werden sollen, muss dem Prozess zusätzlich Energie hinzugeführt werden. Dies wird als aktiver Transport bezeichnet. Die zwei häufigsten Arten des aktiven Transports sind die folgenden:

Primär aktiver Transport

Bei dieser Transportart wird ATP hydrolisiert und so für den Vorgang genutzt. ATP ist hierbei der Energielieferant. Deshalb können Carrier-Proteine Stoffe auch entgegen ihres Konzentrationsgradienten pumpen. Die Natrium-Kalium-Pumpe ist vermutlich das bekannteste Carrier-Protein, das von dieser Transportart Gebrauch macht.

Sekundär aktiver Transport

Bei dem sekundär aktiven Transport wird das ATP nicht direkt von Carrier-Proteinen genutzt. Stattdessen wird es aufgebraucht, um einen Konzentrationsgradienten aufzubauen. Dieser Konzentrationsgradient führt dazu, dass die Stoffe nun ohne weiteren Energiezufluss in ihre gewünschten Richtungen diffundieren können.

Signalübertragung

Durch die Signalübertragung ist es möglich, dass unser Körper auf äußere Reize reagiert. An der Signalübertragung sind viele verschiedene Enzyme und Transmitter beteiligt. Zu den erregbaren Zellen zählen Neuronen und Muskelfasern. Nicht alle Zellen im menschlichen Körper sind jedoch erregbar. Die nicht-erregbaren Zellen sind augrund ihrer Beschaffenheit nicht in der Lage, Signale zu transduktieren.

Ruhepotential

Die flexible Biomembran grenzt die Zelle von der umliegenden Umgebung ab. Mithilfe von Kanalproteinen ist die Zellmembran in der Lage zu steuern, welche Ionen und Moleküle die Zelle verlassen oder betreten dürfen.

An der Transmembranspannung sind folgende Ionen beteiligt:

  • Intrazellularraum: negativ geladene Anionen (A-) und positiv geladene Kaliumionen (K+)
  • Extrazellularraum: viele positiv geladene Natriumionen (Na+) und negativ geladene Chloridionen (Cl-)

Die Semipermeabilität der Membran lässt jedoch nicht alle Ionen passieren: Die Transportkanäle vom Kalium sind geöffnet und die Ionen strömen entlang des Konzentrationsgradienten in Richtung Extrazellularraum. Den Anionen ist es jedoch nicht möglich, die Membran zu passieren, da sie zu groß sind. Chlorid- und Natriumionen strömen in kleineren Mengen durch die Membran, wobei Natriumionen einen sogenannten "Leckstrom" (also kleine, ungewollte Lücken in der Membran) nutzen.

Da alle Ionen nach einem Konzentrationsausgleich streben, strömen sie auf die Seite der Zelle, auf der sich momentan weniger gleichartige Ionen befinden:

  • Natrium- und Chloridionen strömen in den intrazellulären Raum
  • Kaliumionen passieren die Biomembran in Richtung des Extrazellularraums

Nach einer gewissen Zeit wären dann auf beiden Seiten ähnlich viele Ionen jeder "Sorte" zu finden. Dagegen wirkt jedoch das elektrische Potential der Ionenladungen: Die entstandene Ladungstrennung sorgt dafür, dass sich der Ausstrom der positiven Kaliumionen verringert, da sie von der bereits positiv geladenen Außenseite abgestoßen werden.

Mit der Ladungstrennung ist hier gemeint, dass sich im extrazellulären Bereich mehr Kationen und im intrazellulären Bereich mehr Anionen befinden.

Gleichzeitig sorgt die Ladungstrennung sogar für einen Rückstrom von Kaliumionen, da diese von der negativen Ladung des Intrazellularraums wieder angezogen werden.

So wird ein Gleichgewichtspotential zweier entgegengerichteter Kräfte (elektrischer und chemischer Gradient) geschaffen. Dieses Gleichgewicht wird ebenfalls durch die Natrium-Kalium-Pumpe aufrechterhalten.

Durch den Verbrauch von dem in den Mitochondrien hergestellten ATP (Adenosintriphosphat) werden jeweils drei Natriumionen von dem intrazellulären in den extrazellulären Raum befördert sowie zwei Kaliumionen von dem extrazellulären in den intrazellulären Raum.

Das daraus resultierende Ruhemembranpotential liegt bei ca. -70mV und wird auch als Ruhepotential bezeichnet.

Aktionspotential

Das Membranpotential einer Zelle bleibt nicht immer gleich. Besonders bei Nerven- und Sinneszelle gibt es einige Variationen, z. B. immer dannn wenn ein Impuls aufgenommen wird.

Das Aktionspotential ruft eine Änderung der Transmembranspannung hervor. Durch den kurzzeitigen hohen Ausstrom von Natriumionen kommt es zum sogenannten Overshoot, bei dem das Membranpotential positiv ist und bei etwa +50 mV liegt. Bei der späteren Hyperpolarisation sinkt das Membranpotential auf bis zu -90 mV hinab. Diese Veränderungen des Potentials werden impulsartig in Richtung Gehirn weitergeleitet. Dadurch ist es uns erst möglich, Reize wahrzunehmen und auf diese zu reagieren.

Ebenso existiert das postsynaptische Potential, bei dem zwischen EPSP (erregende Wirkung auf die Zelle) und IPSP (hemmende Wirkung) unterschieden wird. Je nachdem ändert sich die Ladung der postsynaptischen Zelle negativer oder positiver.

Biomembran — Das Wichtigste

  • Die Biomembran ist semipermeabel und besteht aus einer Phospholipiddoppelschicht.
  • Proteine liegen an der Biomembran und durchziehen diese.
  • Die Biomembran hat verschiedene Funktionen, wie die Kompartimentierung (Abtrennung), den Stofftransport oder die Signalübertragung.
  • Die Biomembran ist in eukaryotischen und prokaryotischen Zellen zu finden.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Biomembran

Die Biomembran hat viele verschiedene Funktionen: Dazu gehören unter anderem die Kompartimentierung (Abtrennung) bestimmter Bereiche, der Stofftransport, die Signalübertragung und die Funktion als Gerüst für biochemische Aktivitäten.

Die Biomembran existiert in pro- und eukaryotischen Zellen. Sie kann die Zelle von der Umgebung abgrenzen, umschließt ebenso aber auch Organellen der Zelle, wie die Ribosomen oder den Golgi-Apparat.

Die Biomembran ist semipermeabel. Das bedeutet, dass sie nur bestimmte Stoffe durch die Membran passieren lässt. Mithilfe von Kanalproteinen können zum Beispiel Natrium-Ionen und Kalium-Ionen die Membran passieren.

Hauptsächlich besteht die Biomembran aus einer Doppelschicht aus Phospholipiden. Ein Phospholipid besitzt einen hydrophilen, also wasserliebenden Kopf, und zwei lipophile, also fettliebende Schwänzchen. Ebenso wird die Biomembran von verschiedenen Proteinen durchzogen. Dabei unterschiedet man zwischen integralen und peripheren Proteinen.

Finales Biomembran Quiz

Frage

Welche zwei grundlegenden Arten von molekularem Zelltransport kennst Du?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Stofftransport durch die Biomembran beschreibt den Transport von Molekülen von einer Seite auf die andere Seite der Biomembran. Je nach Art des Stofftransports wird dabei die Hilfe von Proteinen oder die Bereitstellung von Energie benötigt. 


Stofftransporte mittels Zytose sind Transportvorgänge von größere Partikeln. Dabei werden entsprechende Partikel von der Biomembran eingeschlossen. Anschließend werden die Partikel innerhalb der entstandenen Umhüllung (Vesikel) transportiert.

Frage anzeigen

Frage

Definiere Stofftransport (Biologie).

Antwort anzeigen

Antwort

Stofftransport (Biologie) beschreibt den Transport von anorganischen und organischen Stoffen innerhalb von Organismen. Hierzu gehören beispielsweise der Transport von Wasser, Salzen, Nährstoffen und Stoffwechselprodukten.

Frage anzeigen

Frage

Definiere semipermeabel.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Biomembran ist semipermeable (halbdurchlässig), da sie für einige Teilchen durchlässig ist, aber für andere wiederum nicht. Hierbei spielen vorwiegend die Größe und die Ladung der Teilchen eine Rolle.

Frage anzeigen

Frage

Definiere Transmembranprotein.

Antwort anzeigen

Antwort

Transmembranproteine (auch integrale Proteine) sind Proteine, welche über den gesamten Querschnitt einer Biomembran in ihr eingelagert sind. Hierzu gehören unter anderem Kanalproteine (Transportproteine).


Frage anzeigen

Frage

Was ist Diffusion?

Antwort anzeigen

Antwort

Teilchen haben natürlicherweise eine Eigenbewegung. Hierbei ist die Richtung in der sich die Teilchen bewegen von der Konzentration abhängig. Teilchen bewegen sich in der Regel vom Ort hoher Konzentration zum Ort niedriger Konzentration. Sie streben einen Konzentrationsausgleich an. Man spricht von sogenannter Diffusion.

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Osmose?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Diffusionsvorgang von Flüssigkeit durch eine semipermeable Membran wird als Osmose bezeichnet.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre die erleichterte Diffusion.

Antwort anzeigen

Antwort

Die erleichterte Diffusion beschreibt den passiven Transport (Diffusion) über eine Biomembran mithilfe von Transmembranproteinen. Transportproteine werden für den Stofftransport immer dann benötigt, wenn Teilchen aufgrund ihrer Größe und Ladung die Biomembran nicht ohne Weiteres passieren können. Die Teilchen wandern entlang des Konzentrationsgradienten.


Frage anzeigen

Frage

Was ist die Diffusion?

Antwort anzeigen

Antwort

Als Diffusion bezeichnet man die gleichmäßige Verteilung von Teilchen in einem abgeschlossenen System. Hierfür ist kein Energieaufwand für den Konzentrationsausgleich notwendig.

Frage anzeigen

Frage

Was ist verantwortlich für die Diffusion?

Antwort anzeigen

Antwort

Verantwortlich für die Diffusion ist die kinetische Energie der Teilchen bzw. die "Brownsche Molekularbewegung".

Frage anzeigen

Frage

Erkläre den passiven Transport kurz.

Antwort anzeigen

Antwort

Beim passiven Transport handelt sich um einen Stofftransport entlang eines Konzentrationsgefälles ohne Energiezufuhr. 

Frage anzeigen

Frage

Welche Arten von passivem Transport kennst Du ?

Antwort anzeigen

Antwort

Zum passiven Stofftransport gehören die einfache und erleichterte Diffusion. 

Frage anzeigen

Frage

Erkläre den aktiven Transport kurz.

Antwort anzeigen

Antwort

Beim aktiven Transport wird Energie benötigt, um den Transport entgegen eines Konzentrationsgradienten zu gewährleisten.

Frage anzeigen

Frage

Welche zwei Arten des aktiven Transports gibt es?

Antwort anzeigen

Antwort

Primär-aktiver Transport und sekundär-aktiver Transport.

Frage anzeigen

Frage

Woher stammt die Energie beim primär aktiven Transport?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Energie stammt vom ATP.  Die Moleküle werden mithilfe von Transport-ATPasen durch die Zellmembran befördert.

Frage anzeigen

Frage

Nenne die Vorteile einer rezeptorvermittelten Endozytose.

Antwort anzeigen

Antwort

Die rezeptorvermittelte Endozytose hat zwei entscheidende Vorteile. Sie gewährleistet eine gezielte und regulierte Aufnahme von Teilchen. Des Weiteren ermöglicht sie die Aufnahme von Stoffen, welche außerhalb der Zelle nur in geringen Konzentrationen vorhanden sind.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre den sekundär aktiven Transport kurz. 

Antwort anzeigen

Antwort

Beim sekundären aktiven Transport wird ein bestehender elektrochemische Konzentrationsgradient genutzt, um einen Stoff gegen sein Konzentrationsgefälle zu transportieren. 

Frage anzeigen

Frage

Wann spricht man von einem Symport?

Antwort anzeigen

Antwort

Findet der sekundär aktive Transport in die selbe Richtung statt, wird von einem Symport gesprochen.

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Zytose?

Antwort anzeigen

Antwort

Stofftransporte mittels Zytose sind Transportvorgänge von größere Partikeln. Dabei werden entsprechende Partikel von der Biomembran eingeschlossenen. Anschließend werden die Partikel innerhalb der entstandenen Umhüllung (Vesikel) transportiert.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre die Exozytose kurz.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Exozytose beschreibt ein Stofftransport vom Zellinneren (Intrazellular) in den Extrazellularraum. Die Stoffe werden in Transportvesikeln verpackt und zum Zellmembran transportiert. Dort verschmilzt der Vesikel mit der Biomembran, wodurch der Inhalt freigesetzt wird.

Frage anzeigen

Frage

​Erkläre die Endozytose kurz.

Antwort anzeigen

Antwort

Bei der Endozytose werden Moleküle vom Extrazellularraum in das Zellinnere aufgenommen. Die Endozytose geschieht über einen Einstülpungsvorgang in der Zellmembran.

Frage anzeigen

Frage

Welche Typen der Endozytose kennst Du?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Pinozytose, die Phagozytose und die rezeptorvermittelte Endozytose.

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Pinozytose?

Antwort anzeigen

Antwort

Bei der Pinozytose werden Flüssigkeiten und darin gelöste Stoffe aus der Umgebung in das Innere der Zelle aufgenommen. Die Aufnahme geschieht über Vesikel.

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Phagozytose?

Antwort anzeigen

Antwort

Bei der Phagozytose werden größere Partikel oder Mikroorganismen aufgenommen. Hierbei schnüren sich auch Abschnitte der Zellmembran ins Zellinnere ab. Die Aufnahme erfolgt über Phagosomen.

Frage anzeigen

Frage

Die Biomembran ist in ... zu finden:

Antwort anzeigen

Antwort

eukaryotischen Zellen

Frage anzeigen

Frage

Wie heißt der Hauptbestandteil der Biomembran?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Hauptbestandteil der Biomembran ist die sogenannte Phospholipiddoppelschicht.

Frage anzeigen

Frage

Wie nennt man dieses Darstellungsmodell?

Antwort anzeigen

Antwort

Dieses Modell wird auch als Flüssig-Mosaik-Modell bezeichnet.

Frage anzeigen

Frage

Auf was nimmt Cholesterin an der Biomembran Einfluss?

Antwort anzeigen

Antwort

Cholesterin beeinflusst die Fluidität der Biomembran und nimmt daher Einfluss auf die Beweglichkeit.

Frage anzeigen

Frage

Nenne die zwei unterschiedlichen Arten der Membranproteine:

Antwort anzeigen

Antwort

In der Biomembran kommen integrale sowie periphere Proteine vor.

Frage anzeigen

Frage

Zu welcher Art des Transports gehören Kanalproteine (Tunnelproteine)?

Antwort anzeigen

Antwort

passiver Transport

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Kompartimentierung?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Kompartimentierung beschreibt die Unterteilung einer Zelle in verschiedene Bereiche. Diese Aufgabe übernimmt die Biomembran. Sie umschließt beispielsweise den Zellkern, das Mitochondrium, den Golgi-Apparat oder die Ribosomen

Frage anzeigen

Frage

Nenne die Funktionen der Biomembran:

Antwort anzeigen

Antwort

  • Kompartimentierung
  • Gerüst für biochemische Aktivität
  • Selektive Permeabilität
  • Transport gelöster Stoffe
  • Signalübertragung
  • Interzelluläre Wechselwirkung
  • Oberflächenvergrößerung
Frage anzeigen
Mehr zum Thema Biomembran
60%

der Nutzer schaffen das Biomembran Quiz nicht! Kannst du es schaffen?

Quiz starten

Finde passende Lernmaterialien für deine Fächer

Alles was du für deinen Lernerfolg brauchst - in einer App!

Lernplan

Sei rechtzeitig vorbereitet für deine Prüfungen.

Quizzes

Teste dein Wissen mit spielerischen Quizzes.

Karteikarten

Erstelle und finde Karteikarten in Rekordzeit.

Notizen

Erstelle die schönsten Notizen schneller als je zuvor.

Lern-Sets

Hab all deine Lermaterialien an einem Ort.

Dokumente

Lade unzählige Dokumente hoch und habe sie immer dabei.

Lern Statistiken

Kenne deine Schwächen und Stärken.

Wöchentliche

Ziele Setze dir individuelle Ziele und sammle Punkte.

Smart Reminders

Nie wieder prokrastinieren mit unseren Lernerinnerungen.

Trophäen

Sammle Punkte und erreiche neue Levels beim Lernen.

Magic Marker

Lass dir Karteikarten automatisch erstellen.

Smartes Formatieren

Erstelle die schönsten Lernmaterialien mit unseren Vorlagen.

Melde dich an für Notizen & Bearbeitung. 100% for free.