Zellmembran

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 16. November 2021

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Die äußere Schicht und Begrenzung aller pflanzlichen und tierischen Zellen bildet die Zellmembran. Sie ist eine Plasmamembran, die aus Proteinen und Lipiden besteht. Durch diese wird das innere Milieu jeder Zelle aufrechterhalten.

Definition

Die Zellmembran kontrolliert den Wasser- und Nährstoffaustausch zwischen den Zellen. Durch verschiedene Proteine können manche Stoffe durch die Doppelmembran durch, andere nicht. Tunnelproteine (hellblau) ermöglichen einen Transport.

Die Zellmembran besteht aus einer sehr dünnen Struktur, die jede Zelle umschließt und diese von ihrer Umgebung abgrenzt. Dort wird der Stofftransport in die Zelle hinein und aus ihr hinaus reguliert. Die Struktur einer Zellmembran besteht aus zwei Lagen amphiphiler Phospholipide. Letztere sind komplexe Lipide, die eine Esterbindung mit der Phosphorsäure aufweisen.

Als Lipide bilden sie unterschiedliche Ketten, daneben gibt es in der Zellmembran Ionenkanäle als Rezeptoren, an denen die Impulse weitergeleitet werden, und Zelladhäsionsmoleküle, die den Kontakt zwischen der Zelle und dem Gewebe ermöglichen. Durch diese ist die Kommunikation zwischen den Zellen erst möglich, ebenso der Zusammenhalt des Gewebes.

An der Membranoberfläche werden Lipide und Proteine als Glykolipide und Gykoproteine mit Zucker verknüpft. Der Vorgang ist von der Form der Stoffwechselaktivität abhängig. Alle dienen dem Aufbau der Zellmembran.

Anatomie

Proteine sind peripher und integral. Die peripheren sind elektrostatisch an den polaren Teil der Lipide gebunden, die integralen reichen bis in das Zentrum der Zellmembran hinein. Durch die peripheren Proteine kann die Zelle sich nach außen hin identifizieren. Dieser Vorgang wird als Oberflächenantigen bezeichnet.

Die integralen Proteine schwimmen auf der Membran und weisen die Struktur des Flüssig-Mosaik-Modells auf, das erstmals 1972 durch Seymour Jonathan Singer und Garth Nicolson entworfen wurde und die gesamte Anordnung einer biologischen Membran beschreibt.

Auf der Innen- und Außenseite der Membran sichern Transmembranproteine den Aufbau. Darunter gibt es Tunnelproteine, die innen einen Kanal bilden, durch den Moleküle und Wasser transportiert werden. Die Bestandteile der gesamten Membran sind dabei frei beweglich und können sich gegebenenfalls auch verschieben. Diese Bewegung nimmt zu und die Membran wird dicker, sobald sich die Temperatur erhöht. Sinkt die Temperatur ist die Membran gelartig und dünn.

Funktion

Die Zellmembran sorgt für den Schutz der Zelle vor schädlichen Einflüssen und dient der Kontrolle von Aufnahme und Abgabe verschiedener Stoffe. Die lipophile Eigenschaft der Zellmembran macht möglich, dass zwei wässrige Gebiete einander abgrenzen und nicht vermischt werden.

Die Membran muss sich immer auf den sich ständig ändernden Strom an Wasser und Nährstoffen anpassen, damit die Zelle richtig versorgt werden kann. Daher ist sie elastisch verformbar, die Bestandteile frei beweglich und die Zellmembran selektiv permeabel, dass nur bestimmte Stoffe die Membran durchdringen können. So haben es z. B. große Moleküle schwer, sie zu passieren, darunter Ionen.

Die Zellen können über die vorhandenen Kanäle und Transportwege der Lipiddoppelschicht die jeweiligen Substanzen zwischen beiden vorhandenen Milieus austauschen. Die Konzentrationsdifferenzen werden so aufrechterhalten und können z. B. ein Membranpotential aufbauen.

Dieses wiederum ist die elektrische Spannung, die zwischen der Innen- und Außenseite einer Zellmembran vorhanden ist. Es bildet sich immer dann, wenn eine Leitfähigkeit für Ionen besteht und verschiedene Elektrolytlösungen in einer Membran voneinander getrennt werden, z. B. die Natriumionen in menschlichen Muskelfasern.

Wenn außerhalb der Zelle ein hoher Gehalt an Natriumionen vorhanden ist, innerhalb ein geringer, entsteht ein negatives Membranpotential. Innerhalb der Zellmembran gibt es weiterhin die Rezeptoren, an denen die Signale und Impulse in das intrazelluläre Milieu weitertransportiert und gesendet werden.

Cholesterinmoleküle wiederum regulieren die Fluidität der Zellbegrenzung. Das ermöglicht die Beweglichkeit der Proteine innerhalb des Bilayers. Auch können Membrananteile eine Rolle bei der Sekretion oder bei der Aufnahme zellfremden Materials spielen und werden z. B. als ovoide Zellorganelle abgespalten.

Erkrankungen

• Autoimmunkrankheiten

• Antiphosphorlipid-Syndrom

• Tumore

Es gibt viele Krankheiten, die aufgrund einer Schädigung oder durch Defekte der Zellmembran auftreten. Funktioniert die Signalleitung und der Stoffaustausch in einer Zellmembran, ist der Organismus gesund. Sind diese gestört, kommt es zu Autoimmunkrankheiten, die durch ein geschädigtes Immunsystem ausgelöst werden.

Auf ähnliche Weise, wenn die Zellen und das Gewebe als fremd eingestuft werden, breitet sich Krebs aus. Transmembranproteine übermitteln den Zerstörungsbefehl an benachbarte Krebszellen, wodurch ein Zelltod, auch Apoptose genannt, stattfindet. Dadurch können sich Tumorzellen dann ungehindert entwickeln und ausbreiten.

Quellen

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe der aktuellen medizinischen Fachliteratur und fundierter wissenschaftlicher Quellen verfasst.
Qualitätssicherung durch: Dr. med. Nonnenmacher
Letzte Aktualisierung am: 16. November 2021

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