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Zellbiologie (Fach) / Plasmamembran (Lektion)

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• Die Zellmembran besteht größtenteils aus Phospholipiden und Proteinen.
• Phospholipide sind ampiphatisch, weil sie ein hydrophiles (Wasser anziehendes) und hydrophobes (Wasser abstoßendes) Ende besitzen.
• Die Lipid-Doppelschicht hat eine Dicke von 6 - 10 nm
• Die Plasmamembran ist eine selektive Barriere, da sie Stoffe je nach ihrem Konzentrationsgradienten passieren lässt oder aktiv bestimmte Stoffe nach innen oder außen transportiert. So hält sie ein intrazelluläres Milieu aufrecht, das sich vom umgebenden Medium unterscheidet.
• Die flüssige Doppelschicht aus Phospholipiden nennt man auch Flüssig-Mosaik-Modell.
• Für die richtige Fluidität der Plasmamembran enthält diese Cholesterinmoleküle. Bei niedriger Temperatur erhöht Cholesterin die Membranfluidität, bei niedrigen Temperaturen senkt es diese ab.
• Bei Erythrozyten beträgt der Cholesterinanteil der Plasmamembran bis zu 30 % .
• Glykolipide bestehen aus ... hydrophoben Fettsäuren und hydrophilen Zuckerketten.
• Glykolipide befinden sich in der äußeren Membranschicht. Ihre Zuckerketten ragen in den extrazellulären Raum.
• Die Glykokalix ist eine Schicht aus Polysaccariden der Glykolipide und der Glykoproteine. Sie überzieht die Außenseite der Membran. Die Vielfalt der Kombinationsmöglichkeiten der Zuckerreste dient bei der Immunabwehr als Erkennungsmerkmal, weil die Bestandteile der Glykokalix als Antigene wirken.
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• Die Lipide und Proteine der Plasmamembran werden gebildet im ER und im Golgiapparat modifiziert.
• Der Proteingehalt der Plasmamembran beträgt ca. 50 % der Gesamtmasse.
• Proteinmoleküle unterteil man in 2 Gruppen: - Periphere Proteine (innere o. äußere Membranseite, Anlagerung häufig an andere Membranproteine) - Integrale Proteine (besitzen hydrophoben Bereich, mit dem sie in Membran eingelagert sind, ihr hydrophiler Teil reicht in den intra - oder extrazellulären Raum): Transmembranproteine durchdringen die Membran ganz
• Funktionen der Membranproteine: Transportproteine: lassen aktiv oder passiv selektiv Moleküle o. Ionen durch Membran passieren Enzyme: aktives Zentrum ist für Substratmoleküle in der benachbarten wässrigen Lösung zugänglich: häufig bilden benachbarte Proteine einen Multienzymkoplex, der Stoffwechselvorgänge katalysiert Rezeptorproteine: besitzen Bindestellen für Hormone etc. an Membranaußenseite Zellerkennung: Zuckerketten der Glykoproteine Anheftung: können durch Elemente des Zytoskeletts an einem Ort fixiert werden oder auch an extrazelluläre Element angeheftet werden Zellverbindung: Verknüpfung von Membranproteinen unterschiedlicher Zellen Zellkommunikation
• Tumorzellen können vom Immunsystem gut erkannt werden, wenn sie eine veränderte Struktur der Glykokalix besitzen.
• Verantwortlich für allergische Reaktionen sind oft körperfremde Antigene, die an die Rezeptoren der Mastzellen binden.
• Die hydrophoben Fettsäurereste der Plasmamembran behindert geladene (Ionen) und hydrophile Teilchen daran, die Membran zu passieren.
• Diffusion Hydrophobe Moleküle (z.B. Steroidhormone oder kleine, ungeladene Teilchen) können die Membran passieren und diffundieren entlang dem Konzentrationsgradienten der Zelle dies geschieht durch thermische Eigenbewegung
• Osmose Diffusion von Lösungsmittel durch semipermeable Membran, immer in Richtung der höheren Stoffkonzentration nur kleinere Moleküle des Lösungsmittels (meist Wasser) werden durchgelassen, die darin gelösten Stoffe bleiben meist in der Zelle
• erleichterte Diffusion gerichteter Transport: z.B. durch kanalbildende Transportproteine (Transporter), einige Transportproteine öffnen sich nur unter bestimmten Vorraussetzungen
• Aktiver Transport Energieverbrauch, Transport entgegen des Konzentrationsgefälles
• Membranpotential elektrische Potentialdifferenz, die zwischen Außen- und Innenseite der Zellmembran besteht
• Elektrochemischer Gradient Konzentrationsgefälle zwischen gelösten Ionen, ergibt sich aus Membranpotential und Ionenkonzentration
• Natrium-Kalium-Pumpe 3 Natrium-Kationen aus der Zelle, 2 Kalium-Kationen in die Zelle gekoppelter Transport spart Energie
• Kotransport Transport zweier gelöster Stoffe ist aneinander gekoppelt
• Antiport Stoffe werden in entgegengesetzte Richtung transportiert
• Symport Stoffe passieren die Membran in die gleiche Richtung
• Mukoviszidose/ zytische Fibrose (CF) genetische bedingte Veränderung an den Transmembranproteinen für Chloridionen (werden normalerweise ständig aus der Zelle gepumpt, aufgrund des osmotischen Drucks folgen den Ionen Wassermoleküle in das Gewebe) Folge: zähflüssige Körpersekrete
• Antibiotika Gramicidin A und D lagern sich in der Bakterienmembran ein und bilden Ionenkanal für Kaliumionen: Kaliumionen strömen daraufhin aus der Zelle und zerstören somit elektochemischen Gradienten: Zelltod
• Zonula adhaerens gürtelförmiger Zellkontakt mit interzellulärem Spalt, feste mechanische Verankerung Zelladhäsionsmoleküle (eine Art Transmembranmolekül) sind hier miteinander verknüpft, auf der Innenseite sind die Proteine mit den Aktinfilamtenten des Zytoskeletts verbunden
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• Desmosomen auch Haftplatten, Macula adhaerens fest mechanisch verankerte Zellkontakte an mechanisch stark beanspruchten Zellen, z.B. Epithelzellen, Herzmuskelzellen punktförmige Verbindung von Zellmembranen mit interzellulärem Spalt Struktur: Cluster aus Desmoplaktin bildet eine Plaque (= Ankerprotein) an der Innenseite der Zellmembran, daran sind intrazellulär Intermediärfilamente (Keratine) gebunden (Tonofilamente), die eine Verbindung zum Cytoskelett herstellen, auf der zur Membran hin gerichteten Seite sind Adhäsionsproteine ( Desmoglein und Desmocollin) verankert, die sich in Interzellulärraum (der erweitert vorliegt) mit den Bindungsproteinen der Desmomsomen der Nachbarzellen verbinden
• Desmoglein Gruppe wichtiger Membranproteine aus der Familie der Cadherine
• Cadherine transmembrane Glykoproteine, gehören zur Familie der calciumabhängigen Zelladhäsionsmoleküle
• Hemidesmosomen halbe Desmosomen, die die Zellen mit Strukturen der extrazellulären Matrix verbinden (z.B. Epithelzellen mit Bindegewebe)
• Tight junctions auch Zunulae occludentes gürtelförmige Verschmelzung von Zellmembranen bei Epithelzellen z.B. in Darm oder Gehirn, Membranen benachbarter Zellen treten hier direkt in Kontakt, der intrazelluläre Spalt wird verschlossen und ist impermeabel: so können keine extrazellulären Flüssigkeiten eine Epithelzellschicht durchdringen
• Gap junctions (Nexus) Kommunikationskontakte: Tunnelproteine (v.a. Connexin) bilden Zytoplasmakanäle zwischen Zellen aus, durch die röhrenförmigen Poren (6 Connexin-Untereinheiten bilden eine Röhre) können kleine Ionen, Zucker und Aminosäuren hindurchtreten durch Ionenaustausch auch elektrische Kopplung der Zelle: Impulsübertragung mit hoher Geschwindigkeit, anderer Name daher "elektrische Synapsen" (Keine chemischen Synapsen wie im Nerv!!!)     → direkter Stoffaustausch, sichern stoffliche und elektrische Integration von Nachbarzellen → wichtig bei früher Embryonalentwicklung, Darmperistaltik, Aktivität der Herzmuskulatur, kommen ubiquitär im Körper vor
• Pemphigus vulgaris erbsen- bis pflaumengroße Blasenbildung auf der sonst intakten Schleimhaut (v.a. im Mund) durch Autoimmunreaktion gegen Desmoglein 3: es kommt zu einer Auflösung der Zellhaftung im Epithel
• Gap Junctions besonder wichtig im Herz: durch Kommunikationskontakte kann sich bei jedem Herzschlag eine Erregung vom Sinusknoten über das ganze Herz ausbreiten, was zu einer synchronisierten Kontraktion des Herzens führt
• Kontaktinhibition (d.h. Hemmung der Zellbewegung und möglicherweise der Zellteilung) durch Glykoproteine, durch die sich gleichartige Zellen erkennen können bei Tumorzellen kann diese Kontaktinhibition verloren gehen, was zu unkontrollierter Teilung der Zelle führt
• Osmotischer Druck wird durch die in einem Lösungsmittel gelösten Moleküle auf der höherkonzentrierten Seite verursacht und treibt den Fluss des Lösungsmittel (in der Regel Wasser) durch eine semipermeable Membran an
• Tunnelproteine und Ionenporen nur in Form von Antibiotika bekannt Tunnelproteine lagern sich n die Membran ein und bilden einen verschließbaren Tunnel Ionenporen sind komplexe Ringverbindungen mit hdydrophoben und hydrophilen Anteilen, die wie ein Käfig Ionen einfangen und durch Änderung der Konfiguration wieder entlassen.
• wichtigste Zuckermoleküle in der Glykokalix Glukose Galaktose Fructose die Aminozucker Glukosamin und Galaktosamin sowie die Neuraminsäure
• Glykolipide in Pflanzen sind meist von Glycerin abgeleitet, in Tieren dagegen von Sphingosin (langer Aminoalkohol). Daher bezeichnet man sie auch als Glykosphingolipide
• Interstinum Zwischenraum zwischen Organen, Geweben und Zellen
• Glykokalix als Hormonrezeptor Nur ein Teil der natürlich vorkommenden Hormone (Proteo - und Peptidhormone) werden an Rezeptoren der Zellmembran gebunden: Die Hormonmoleküle (first messenger) erreichen mit der Körperflüssigkeit die Zellmembran und werden von den spezifischen Rezeptoren der Glykokalix eingefangen.  Der zyklische Adenosinmonophosphat (cAMP)-Mechanismus oder second messenger-Mechanismus beginnt: - Enzym Adenylatzyklase an der Innenseite der Membran wird aktiviert                                          - Adenylatzyklase baut das in den Mitochondrien hergestellte ATP ind cAMP um                                 - cAMP wird von Enzym aktiviert und aktiviert andere Enzyme                                                     - die setzt eine Vielzahl von Stoffwechselvorgängen in der Zelle in Gang
• Plasmodesmen Zell-Zell-Verbindungen von Pflanzenzellen (ähnlich den Desmosomen beim Menschen)
• zyklischer Adenosinmonophosphat (cAMP) Mechanismus nur ein Teil der natürlich vorkommenden Hormone (Proteo- und Peptidhormone) wird an Rezeptoren der Membran gebunden: Diese erreichen als first messenger mit der Körperflüssigkeit die Zellmembran und werden dort von spezifischen Rezeptoren eingefangen. Daraufhin beginnt ein besonderer Zyklus der Beeinflussung des Zellstoffwechsels, der cAMP-Mechanismus: - Adenylatzyklase wird an der Innenseite der Membran aktiviert und baut das ATP (made in Mitochondrien) in cAMP um - cAMP wird durch bereits vorhandenes Enzym aktiviert und aktiviert selbst wieder andere Enzyme, wodurch eine Vielzahl von Stoffwechselvorgänge in der Zelle ablaufen so stimuliert z.B. Adrenalin in der Leber den Abbau von Glykogen zu Glykose
• Glykoproteine als Signale der Zellkommunikation durch ständigen Umbau von Membranen ist Ausschleusung von Membranmolekülen (v.A. Glykoproteinen) möglich, diese sind Signale für Nachbarzellen: frei bewegliche Zellen werden mobilisiert, erkennen gleichartige Zellen an Oberflächeneigenschaften: dies führt zur Kontaktinhibion (Stillstand der Zellbewegung, bzw. auch zur Hemmung der Zellteilung) Krebszellen haben diese Kommunikationsmöglichkeit verloren
• ubiquitär überall vorkommend

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