Zellmembran • Definition, Aufbau und Funktion (2024)

In unseremBeitrag und im Video erklären wir dir alles Wichtige zum ThemaZellmembran!

Was ist eine Zellmembran?

Die Zellmembran, auch Zytomembran, Plasmamembran oder Plasmalemma genannt,ist eine Biomembran. Dabei handelt es sich in der Regel um eine Doppellipidschicht.

Die Zellmembran trennt den Zellinnenraum, das innere Milieu, von ihrer Umgebung, dem Extrazellulärraum. Dadurch schützt sie das innere Milieu der Zelle. Sie stellt demnach eine Art dünne Haut dar, die jede Zelle umgibt.

In der Doppellipidschichtsind in der Regel weitere Lipide und auch Proteine eingebaut. Sie ermöglichen der Zelle den Stofftransport und auch die Kommunikation mit anderen Zellen.

Merke: Du findest die Zellmembran sowohl bei Eukaryoten als auch bei Prokaryoten.

Zellmembran Aufbau

Der Aufbau der Zellmembran ist bei den Eukaryoten und Prokaryoten relativ ähnlich. Bei beiden ist sie nämlich ziemlichflexibel und umschließt das Zellinnere. Jedoch unterscheiden sich die beiden Membrantypen teilweisein ihrer chemischen Zusammensetzung.

In den prokaryotischen Archaeen befinden sichals Lipidkomponente beispielsweise keine Fettsäuren, sondern verschiedene Alkohole. Dadurch können die Archaeen auch in extremen Gebieten überleben.

Übrigens: Prokaryotische Archaeensind einzellige Lebewesen, die zu den Prokaryoten gehören.

Phospholipiddoppelschicht

Die Zellmembran besteht in tierischen und pflanzlichenZellen und in Bakterien aus einer sogenannten Phospholipiddoppelschicht. Das bedeutet, dass sich die Zellmembran zum Großteil aus den sogenannten Phospholipiden zusammensetzt. Sie enthalten einen Kopfteil und zwei Schwanzteile.

Insgesamt sind Phospholipide amphiphil. Das bedeutet, dass sie einen wasserliebenden (hydrophilen) und einen wassermeidenden (hydrophoben) Teil besitzen. Da der Raum um die Membran herum größtenteils aus Wasser besteht, sind die polaren, hydrophilen Köpfe nach außen gewandt. Die hydrophoben Schwänze zeigen nach innen und machen den Rauminnerhalb der Doppelschicht aus.

Membranproteine

An der Lipiddoppelschicht der Zellmembran liegen verschiedeneMembranproteine.

Du unterteilst sie, je nach Position und Aufbau, in folgende Kategorien:

• Periphere Proteine: Sie werden auch wechselständige Proteine oder membranständige Proteine genannt. Dabei liegen sie auf der inneren oder äußeren Schicht der Membran, durchdringen diese jedoch nicht.
• Integrale Proteine: Dabei handelt es sich um Proteine, die entweder in die Membran eingebettet sind oder diese sogar ganz durchdringen. Je nach Aufbau und spezifischer Funktion unterteilst du sie noch weiter. Dabei unterscheidest du unter anderem zwischen Kanalproteinen, Transmembranproteinen und Rezeptorproteinen.
• Lipidverankerte Proteine: Sie befinden sich auf der Oberfläche der Membran, aber sind entgegen den peripheren Proteinen an ein Lipid gebunden. Es handelt sich hierbei um eine seltenere Art von Membranproteinen.

Glykokalix

Innerhalb der Zellen von Tieren und Prokaryotenfindest du an der Zellmembran zusätzlich noch die sogenannte Glykokalix.Diese nennst du auch Glykokalyx.Sie ist eine Schicht an der Außenseite der Zellmembran. Bei der Schicht handelt es sich um einen Kohlenhydratanteil.

Er ist an einigen Proteinen und Lipiden an der Außenseite der Zelle gebunden. So ermöglicht er es den Zellen, sich mit anderen Zellen zu größeren Zellverbänden zusammenzuschließen. Außerdem stabilisiert die Glykokalix die Zellmembran zusätzlich und schützt sie so vor fremden, chemischen oder mechanischen Einwirkungen.

Merke: Die Verbindung der Proteine mit den Kohlenhydraten bezeichnest du als Glykoproteine. Lipide mit Kohlenhydratanteil nennst duGlykolipide.

Der grundsätzliche Aufbau und die Dicke der Glykokalix unterscheiden sich zwischen den Zellen sehr stark.

Zellmembran Funktion

Die Hauptaufgaben der Zellmembran innerhalb der Zelle sind:

• Abgrenzung des Zellinnenraums, des inneren Milieus, von seiner Umgebung, dem Extrazellulärraum
• Membrantransport, das Durchlassen verschiedener Moleküle durch die Membran
• Verknüpfung zu anderen Zellen
• Übertragungund Senden von Signalen

Abgrenzung des Zellinnenraums

Die wichtigste Aufgabe der Zellmembran ist die Abgrenzung des Zellinnenraums vom Außenraum.

Die hydrophobe Schicht im Innenraum der Membran können dabeinur kleine, unpolare Moleküle, wie zum Beispiel Wasserstoff (H₂), Sauerstoff (O₂) oder Stickstoff (N₂)durchdringen. Größere Moleküle, wie Ionen oder Proteine, können nur unter bestimmten Bedingungendurchgelassen werden. Diese Halbdurchlässigkeit der Membran bezeichnest du auch als Semipermeabilität.

Membrantransport

Damit auchgrößere Moleküle die Membran durchdringen können, sind verschiedene Proteine in der Zellmembran notwendig. Je nach Molekül oder Ion kommen dabei folgende Durchgängezum Einsatz:

• Ionenkanäle: Sie durchdringen die gesamte Membran und bilden einen hydrophilen Kanal. Durch ihn können Ionen die Membran durchdringen. Das Öffnen und Schließen der Kanäle kann die Zelle unter anderem über Signalproteine oder elektrische Spannung steuern.
• Aquaporine: Hierbei handelt es sich um Kanäle, die auf Wasser spezialisiert sind. Wasser ist ein sehr kleines Molekül und kann die Membran in einigen Fällen ohne Probleme durchdringen. Mithilfe der Aquaporine kann die Zelle ihre Wasseraufnahme und -abgabe jedochgezielter steuern.
• Transportproteine/Carrier-Proteine: Sie sind für den Membrantransport von Molekülen, wie Glucose oder Aminosäuren, zuständig. Sie ändern ihre Struktur, wenn ein passendes Molekül an sie bindet. Dadurch kann es auf die andere Seite der Membran transportiert werden.
• Cotransporter: Sie funktionieren ähnlich wie die Transportproteine. Der Unterschied besteht lediglich darin, dass sie zwei Stoffe gleichzeitig durch die Membran transportieren, entweder in dieselbe Richtung (Symport) oder in die entgegengesetzte Richtung (Antiport).
• Ionenpumpen: Durch den Verbrauch von Energie in Form von ATP können Pumpen, wie die Natrium-Kalium-Pumpe, Moleküle entgegen einer Konzentrationsdifferenz, also des sogenannten Gradienten, in die Zelle oder aus der Zelle heraus transportieren.

Um den Stofftransport darüber hinaus zu regulieren, kann die Zelle die Fluidität der Membran erhöhen oder erniedrigen. Das geschieht über das Einlagern oder Freisetzen von Cholesterin, denn das erhöht die Fluidität der Membran. Eine hohe Fluidität steht dabei für eine dünnflüssigere Membran und somit auch für einen leichteren Transport der Stoffe.

Signalübertragung

Für die Signalübertragung zwischen den Zellen befinden sich an der Zellmembran sogenannte Rezeptorproteine. Sie bestehen aus einem Kanal, der durch die Membran in die Zelle führt und einem Rezeptor.

Wenn ein Signalmolekül nach dem Schlüssel-Schloss Prinzip an den Rezeptor andockt, öffnet sich der Kanal. Dadurch können Signalproteine die Zelle durchdringen.

Zellverbindung

Für die Verbindungzwischen mehreren Zellen ist primär die Zellmembran verantwortlich. Hierbei spielt die Glykokalix eine wichtige Rolle. Die Kohlenhydratanteile der Glykoproteine und Glykolipide können sich mit der Matrixdes extrazellulären Raums verbinden. Dadurch bilden sich Gewebe, die sich bis hin zu den anderen Zellen fortführen.

Über diese Zellverbände können dann unter anderem verschiedenste Stoffe ausgetauscht werden.

Zellmembran — häufigste Fragen

• Was ist eine Zellmembran?
  Eine Zellmembran, auch Zytomembran, Plasmamembran oder Plasmalemma genannt, ist ein Bestandteil der Zelle. Dabei kommt sie sowohl bei Eukaryoten als auch Prokaryoten vor. Durch die Zellmembran wird der Innenraum bzw. das innere Milieu der Zelle geschützt. Dieses wird durch sie nämlich von dem Extrazellulärraum, also der Umgebung, getrennt.
• Was ist die Aufgabe der Zellmembran?
  Die Zellmembran ist eine dünne Struktur, die die Zelle umgibt. Sie trennt das Zellinnere von der Umgebung. Ihre Hauptaufgabe ist die Regulation des Stofftransports in die Zelle hinein und wieder heraus. Die Zellmembran besteht primär aus einer Lipiddoppelschicht, in welcher Proteine eingebettet sind.
  
  
• Wie ist die Zellmembran aufgebaut?
  Der Aufbau der Zellmembran besteht aus der Phospholipiddoppelschicht. An ihr liegen mehrere Membranproteine, die jeweils verschiedene Aufgaben erfüllen. Zudem befindet sich an der Zellmembran eine Glykokalix. Das ist eine Struktur bzw. eine Schicht, die an Proteine oder Fette der Membran gebunden ist.

Gap Junctions

Ebenfalls wichtig für die Zellverbindungen sind die sogenannten Gap Junctions. Sie stellen Ansammlungen mehrerer Kanäle (Connexine) zwischen zwei Zellen dar, da sie die Cytoplasmender Zellen direkt miteinander verbinden können. Wie das genau funktioniert, erfährst du in unserem Video zu den Gap Junctions!

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