1.3	Zelluläre Transportvorgänge
1.3.1	Bau der Biomembran

Die Zellmembran ist der äußere Abschluß des Zellinhalts jeder Zelle. Bei Pflanzen- und Bakterienzellen liegt ihr außen noch eine Zellwand auf. Die Zellmembran ist eine Doppelmembran wie nachfolgendes ELMI-Bild zeigt. Man sieht die Grenze zwischen zwei Zellen mit dem interzellulären Raum und den beiden Doppelmembranen. Sie wird auch Einheitsmembran genannt. Die Bedeutung der Cytoplasmamembran, allgemein von Membranen ist vielfältig: Trennung von Reaktionsräumen Semipermeable ( = halbdurchlässige) Membran beim Stofftransport, d.h. manche Stoffe können passieren, andere nicht. Sie besitzt Membranporen. Ankerpunkt für das Cytoskelett zur Aufrechterhaltung der Form. Bindung und Reaktionsort von Enzymen Membranen besitzen an der Außenseite Rezeptoren zur Erkennung von Signalstoffen wie Hormone. tierische Zellen besitzen auf der äußeren Membran einen zementartigen Stoff der die Zellen zusammenhält. Manche Zellen wie Nierenzellen haben einen Saum fingerartiger Ausstülpungen, Mikrovilli genannt zur Oberflächenvergrößerung. Die Aufnahme von Flüssigkeit nennt man Pinocytose. Die Aufnahme von festen Partikeln heißt Phagocytose.

Aufbau einer Einheitsmembran Alle Membranen bestehen aus Protein und Fett (Lipid). Die Anteile der beiden Bestandteile variieren jedoch. Zum Beispiel: Die Zellmembran der Isolierungsschicht bei Nervenzellen ( = Neuronen) genannt Myelin enthält nur 18% Protein und 76% Lipid. Die innere Mitochondrienmembran enthält 76% Protein and nur 24% Lipid. Plasmamembranen der menschlichen Erythrozyten (roten Blutkörperchen) und Mäuseleber bestehen aus nahezu gleichen Mengen Protein (44, bzw. 49% ) und aus Lipid zu 43, bzw. 52%. Der grundsätzliche Aufbau wird in den folgenden Abbildungen dargestellt. Dabei zeigt sich, daß die Lipide in einer Doppelschicht angeordnet und Proteine in verschiedenen Formen in die Membran eingelagert sind Die Lipidmoleküle sind in den Abbildungen als Kugeln mit in der Regel 2 Schwänzen dargestellt. Diese lagern sich so aneinander, daß die Kugeln eine Ebene bilden und die Schwänze senkrecht aus dieser Ebene herausstehen. Bei einer Doppelmembran sind die Schwänze einander zugerichtet. Die Kugeln bilden immer den äußeren Abschluß; sie sind wasserlöslich (= hydrophil). Die beiden Schwänze stellen den fettlöslichen ( = hydrophoben) Teil dar. Eine Membran ist also außen wasserlöslich und innen fettlöslich. Im Computermodell links sind 20 solcher Lipidmoleküle parallel nebeneinander angeordnet. Ein einzelnes Lipidmolekül sieht so aus: Die tatsächliche Strukturformel eines solchen Lipidmoleküls sieht man links, das Symbol: Kopf mit 2 Schwänzen rechts daneben. Aus der genauen chemischen Bezeichnung ( z.B. Palmitoyl-) kann man auf die enthaltene Fettsäure Palmitinsäure schließen. Durch den Aufbau der Membran aus diesen speziellen Lipidmolekülen hat die Membran ganz bestimmte Permeabilitätseigenschaften (Permeabilität = Durchlässigkeit). Allgemein gesagt ist sie semipermeabel ( = halbdurchlässig), d.h. bestimmte Stoffe passieren die Membran, andere nicht. Kleine Moleküle wie H2O wandern problemlos durch die Membran, große Moleküle wie Proteine gelangen nicht hindurch. Auch die Ladung und Löslichkeit der Stoffe, die durch die Membran wollen spielen eine Rolle Geladene Teilchen wie Ionen müssen meist unter Energieaufwand ( aktiv) mit speziellen Ionenpumpen durch die Membran gepumpt werden. Dies gilt auch für so wichtige Stoffe wie Glucose (= Traubenzucker) und Aminosäuren. Alle fettlösliche Stoffe können meist problemlos die Membran durchdringen. Links eine Zellmembran mit verschiedenen Kanälen, Rezeptoren und Proteinen. Die Proteine in einer Membran haben besondere Aufgaben. Sie dienen als Tunnelproteine (F, Abbildung oben), um bestimmte Stoffe, die von allein nicht hindurchtreten können unter Energieaufwand hindurchzuschleusen oder sie bilden Rezeptoren (A, Abbildung oben) (= "Antennen"), um mit Botenstoffen wie Hormonen Kontakt aufzunehmen ( Signale aufzunehmen) und dadurch Vorgänge in der Zelle auzulösen. Ursachen und Mechanismen der Transportvorgänge durch Membranen werden später besprochen.