Biomembran
Wie eine Biomembran aufgebaut ist und welche Funktionen sie in der Zelle erfüllt, zeigen wir dir hier und im Video!
Inhaltsübersicht
Biomembran einfach erklärt
Eine Biomembran ist eine Art Hülle. Sie grenzt einerseits die Zelle nach außen ab, du nennst sie dann Zellmembran. Andererseits kommt die Biomembran auch innerhalb von Zellen vor. Dort umgibt sie Zellorganellen wie Mitochondrien, Chloroplasten oder den Golgi-Apparat.
Die Biomembran befindet sich dabei sowohl in eukaryotischen (Menschen, Tiere, Pflanzen, …) als auch in prokaryotischen (Bakterien, Archaeen) Zellen.
Die Biomembran ist eine flüssige Doppelschicht. Sie besteht dabei aus zwei Lagen sogenannter Phospholipide. In und auf dieser Doppelschicht befinden sich außerdem Membranproteine und Kohlenhydrate.
Eine Hauptaufgabe der Biomembran ist der Stofftransport in der Zelle. Außerdem kann sie geschlossene Räume bilden. Darin können dann Stoffe gespeichert werden (z. B. in der Vakuole) oder Reaktionen ablaufen (z. B. in den Mitochondrien.)
Biomembranen sind flexible Trennschichten, die Zellen nach außen abgrenzen und Zellorganellen im Inneren der Zelle umgeben. Durch ihre Struktur machen sie den Transport von Stoffen und Informationen aus Zellen heraus und in sie hinein möglich.
Biomembran Aufbau
Eine Biomembran ist immer eine in sich geschlossene Struktur, die einen Raum umhüllt. Außerdem sind biologische Membranen asymmetrisch aufgebaut: eine Seite ist dem Cytoplasma zugewandt (= plasmatische Seite), die andere ist ihm abgewandt (= extraplasmatische Seite).
Der Aufbau einer Biomembran wird unter anderem im Flüssig Mosaik Modell dargestellt. Demnach besteht sie hauptsächlich aus einer flüssigen Doppelschicht aus Lipiden, in die spezielle Proteine eingelagert sind. Zusätzlich sind in ihr auch Kohlenhydrate enthalten, die mit den Lipiden und Proteinen verknüpft sind.
Sehen wir uns die einzelnen Bestandteile der Biomembran jetzt einmal genauer an!
Membranlipide
Membranlipide sind kleine Lipide, die aus zwei Teilen bestehen:
- Hydrophiler (wasserliebender) Kopfteil
- Hydrophober (wassermeidender) Schwanzteil
Einen solchen Aufbau nennst du amphipathisch. In wässrigen Umgebungen bilden Membranlipide Doppelschichten aus. Du sprichst auch von der Phospholipid-Doppelschicht. Diese Schicht bildet die „Basis“ einer Biomembran.
Dabei lagern sich die hydrophoben Schwanzgruppen im Inneren aneinander. Die hydrophilen Kopfgruppen orientieren sich nach außen zu den Wassermolekülen.
Du unterscheidest drei Hauptgruppen von Membranlipiden:
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Phospholipide
Diese Lipide machen den größten Teil der Biomembran aus. Je nach chemischer Struktur kommen zwei Arten von Phospholipiden oft außen an der Biomembran vor: Die Phosphoglyceride und die Sphingomyeline. Letztere kommen vor allem in den Zellmembranen von Nervenzellen vor.
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Glykolipide
An die Glykolipide der Biomembran sind Kohlenhydrate gebunden. Diese Kohlenhydrateinheiten befinden sich außerhalb der Membran und dienen als Erkennungssignal für Wechselwirkungen zwischen Zellen.
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Cholesterin
Cholesterin ist ein Steroid, das vor allem in Biomembranen von tierischen Zellen zu finden ist. Umso mehr Cholesterin vorhanden ist, umso starrer wird die Membran. Somit beeinflusst Cholesterin die Fluidität (Flüssigkeit/Beweglichkeit) der Biomembran.
Membranproteine
Neben den Membranlipiden sind in Biomembranen auch verschiedene Proteine enthalten. Sie sind unter anderem für den Stofftransport über die Membranen zuständig. Du unterscheidest vor allem zwischen zwei Arten von Membranproteinen:
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Integrale Proteine
Diese Proteine sind entweder in die Membran eingebettet oder durchdringen sie komplett. Je nach Aufbau unterteilst du sie noch weiter. Dabei unterscheidest du unter anderem zwischen Kanalproteinen, Transmembranproteinen und Rezeptorproteinen.
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Periphere Proteine
Solche Proteine liegen auf der äußeren oder inneren Schicht der Membran auf, durchdringen sie jedoch nicht. Du bezeichnest sie auch als angelagerte oder membranständige Proteine. Periphere Proteine binden dabei entweder an integrale Proteine oder an Phospholipidmoleküle.
Flüssig Mosaik Modell
Das Flüssig Mosaik Modell ist ein Modell, das den Aufbau von Biomembranen erklärt. Demnach bestehen Biomembranen aus einer flüssigen Doppelschicht aus Phospholipiden, in die Membranproteine eingelagert sind.
Sowohl die Phospholipide als auch die Proteine sind in der Lage, sich jeweils seitlich frei zu bewegen. Den Vorgang bezeichnest du auch als laterale Diffusion. Diese Fließfähigkeit (= Fluidität) der Membran variiert je nach Temperatur oder Zusammensetzung der Fettsäuren. Je höher die Fluidität, desto dünnflüssiger und damit durchlässiger ist die Biomembran.
Kompartimentierung
Biomembranen bilden abgegrenzte Kompartimente. Dadurch ergeben sich Reaktions- oder Speicherräume mit unterschiedlichen Eigenschaften.
Die Vakuole zum Beispiel ist vor allem für die Speicherung verschiedener Stoffe und die Regulation des Wasserhaushalts zuständig. Bei Mitochondrien oder Chloroplasten ist die Membran an der Energieumwandlung beteiligt.
Semipermeabilität
Biologische Membranen sind nur für bestimmte Stoffe durchlässig, für andere jedoch nicht. Deshalb bezeichnest du sie auch als semipermeable Membranen. Für welche Stoffe sie durchlässig (= permeabel) sind, hängt vor allem von deren Molekülgröße und Polarität bzw. Ladung ab.
Kleine unpolare Moleküle wie Sauerstoff (
) oder Kohlenstoffdioxid (
) und kleine polare Moleküle wie Harnstoff können beispielsweise ungehindert durch die Doppelschicht wandern. Große Stoffe oder Ionen werden dagegen normalerweise von Biomembranen aufgehalten.
Membrantransport
Werden Moleküle nicht von der Biomembran durchgelassen, gibt es noch eine weitere Möglichkeit, auf die andere Seite zu gelangen: Sie können durch spezielle integrale Membranproteine wie Kanalproteine oder Transportproteine die Membran durchqueren.
Hier ist entweder ein passiver Transport entlang des jeweiligen Konzentrationsgefälles oder ein aktiver Transport entgegen des Konzentrationsgradienten einer Substanz möglich. Beim passiven Transport wird keine von außen zugeführte Energie benötigt, beim aktiven Transport jedoch schon.
Oberflächenvergrößerung
Eine weitere Funktion der Biomembranen ist es, mehr Oberfläche zu generieren. Das passiert durch kleine fadenförmige Ausstülpungen innerhalb der Membran, die Mikrovilli.
Dank der Oberflächenvergrößerung können die Zellen Stoffe besser aufnehmen und abgeben. Das spielt beispielsweise im Darm eine große Rolle.
Zellverbindungen
Verschiedene Zellverbindungen ermöglichen beispielsweise, dass Zellen und Kompartimente miteinander in Wechselwirkung treten können und Stoffaustausch gewährleistet wird. Dabei gibt es unter anderem folgende Zellverbindungen:
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Glykokalyx
So nennst du den Kohlenhydratanteil an der Außenseite der Membran. Die Glykokalyx spielt für den Stoffaustausch eine große Rolle.
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Gap Junctions
Das sind Proteinkanäle, die zwei Plasmamembranen von tierischen Zellen miteinander verbinden. Sie ermöglichen so einen schnellen Stoffaustausch zwischen diesen beiden Zellen.
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Desmosomen
Diese Zellkontakte funktionieren wie eine Art Druckknopf. Desmosomen stellen also eine mechanische Verbindung zwischen zwei Zellen her.
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Tight Junctions
Das sind reißverschlussartige Verbindungen zwischen zwei Zellen. Auf diese Art werden Zellzwischenräume abgedichtet und der Stofftransport kontrolliert.
Endomembransystem
Das Endomembransystem oder inneres Membransystem beinhaltet verschiedene membranumhüllte Zellkompartimente in eukaryotischen Zellen. Diese sind entweder direkt miteinander oder über einen Vesikeltransport verbunden. So wird vor allem ein gegenseitiger Austausch insbesondere von Proteinen gewährleistet.
Zum Endomembransystem gehören:
- Die Kernmembran
- Das endoplasmatische Retikulum
- Der Golgi Apparat
- Die Lysosomen
- Die Peroxisomen
- Die Vesikel und
- Die Plasmamembran
Biomembran — häufigste Fragen
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Was ist die Funktion der Biomembran?
Biomembranen sind essentiell für die Zellen von Lebewesen. Sie umhüllen sowohl die Zellen selbst als auch Zellkompartimente im Inneren. Dabei sind ihre Aufgaben die Aufteilung, der Schutz und die Abgrenzung von Zellen, aber auch die Regulierung des Stoffaustauschs.
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Welche Biomembran Eigenschaften gibt es?
Die Biomembran besteht aus einer Phospholipid-Doppelschicht, in der bestimmte Proteine liegen. Sie ist semipermeabel und dient unter anderem der Kompartimentierung, Signalübertragung und dem Stofftransport. Außerdem ist die Biomembran asymmetrisch. Eine Seite zeigt zum Cytoplasma (P-Seite), die andere ist dem Cytoplasma abgewandt (E-Seite).
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Wie sieht der Biomembran Aufbau aus?
Eine Biomembran besteht hauptsächlich aus einer Doppelschicht aus Phospholipiden. Diese Lipide haben einen hydrophilen (wasserliebenden) Kopfteil und einen hydrophoben (wassermeidenden) Schwanzteil, der aus zwei lipophilen (fettliebenden) Schwänzchen besteht. Außerdem liegen in und auf der Biomembran verschiedene Proteine.
Stofftransport durch Biomembran
Durch eine Biomembran können nur bestimmte Stoffe wandern. Welche das sind und wie der Stofftransport durch die Biomembran genau funktioniert, erfährst du in diesem Video!
