Die Biomembran findet man in jeder eukaryotischen, als auch prokaryotischen Zelle. Sie folgt dabei immer demselben Aufbau und erfüllt die gleichen Aufgaben. In diesem Artikel lernst du alles über…
- Die Definition einer Biomembran
- Bestandteile der Biomembran
- Was wir unter dem Flüssig Mosaik Modell verstehen
- Die Funktionen die eine Biomembran erfüllt
Fangen wir sofort mit einer kurzen Definition an. Los geht’s!
Die Biomembran ist eine flüssige Trennschicht zwischen dem Innen- und Außenraum einer Zelle und den einzelnen Zellorganellen und dem Cytoplasma.
Sie ermöglicht die Übertragung von Signalen und Informationen von einer Seite der Membran zur anderen.
Die Hauptaufgabe des Biomembran ist der Stoffaustausch zwischen dem Zellinneren und dem Äußeren der Zelle.
Die Biomembran folgt stets demselben Aufbau. Schauen wir uns diesen gemeinsam genauer an!
Biomembran – der Aufbau simpel erklärt
Ein wichtiger Faktor der Biomembran ist die hohe Beweglichkeit. Sie ist eine flüssige Trennwand, die aus verschiedenen Bestandteilen zusammengesetzt ist.
Wusstest du, dass...
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man mit einer Pipette kein Loch in die Biomembran stechen könnte?
Die Membran ist gleichzeitig zwar äußerst flexibel, mitunter deshalb aber auch äußerst schwer zu zerstören!
Sie kann nur durch Lipidlösungsmitteln oder Lipasen zerstört werden.
Den Hauptbestandteil bildet bei der Biomembran die Phospholipid-Doppelschicht. Sie bildet sozusagen die Basis der Biomembran und besteht – wie der Name schon sagt – aus Phospholipiden.
Phospholipide
Phospholipide bestehen aus einem hydrophilen, also wasserliebenden Köpfchen.
Außerdem besitzen sie zwei hydrophobe, also wasserabstoßende Schwänzchen. Sie bilden den größten Teil der Biomembran.
In wässrigen Umgebungen bildet sich aus diesen Phospholipiden die Phospholipid-Doppelschicht. Die hydrophoben Schwänzchen lagern sich hier nach innen, während die hydrophilen Köpfe sich nach außen orientieren.
Aufgrund des hydrophoben Kerns ist die Phospholipid-Doppelschicht undurchlässig für Wasser und wasserlösliche Moleküle.
Die Phospholipide sind außerdem amphipatisch, da sie aus einem hydrophilen und einem lipophilen Teil bestehen.
Nun kennst du die Basis der Biomembran. Doch natürlich benötigen wir noch einige andere Bestandteile, um die Funktionsfähigkeit des Membran herzustellen.
Membranproteine
Die Membranproteine sind neben den Phospholipiden der wichtigste Bestandteil der Biomembran. Dies sind Proteine, die sich in oder an der Biomembran befinden.
Sie sind für den Stofftransport notwendig und man unterscheidet hier in zwei Arten der Proteine: die peripheren und die integralen Membranproteine.
Integrale Proteine
Die integralen Proteine ziehen sich durch die gesamte Membran und können sich innerhalb der Biomembran frei bewegen.
Oft wird diese Art der Proteine auch Transmembranprotein genannt und es gibt verschiedene Unterkategorien. Hierzu gehören Carrier-Proteine oder Kanalproteine.
Periphere Proteine
Periphere Proteine liegen auf der Membran auf oder reichen nur geringfügig in die Lipiddoppelschicht. Sie sind nicht fest verankert und können sich deshalb frei auf der Biomembran bewegen.
Sie binden sich dabei entweder an integralen Membranproteinen oder direkt an den Phospholipid-Molekülen.
Wofür wir die Membranproteine benötigen, lernst du später beim Transport durch die Biomembran. Zunächst schauen wir uns einen weiteren wichtigen Bestandteil der Biomembran an.
Glykolipide
Die Glykolipide findest du ausschließlich an der Außenseite der Biomembran. Sie dienen als Erkennungssignal für Wechselwirkungen zwischen den Zellen.
Sie haben einen oder mehrere Mehrfachzucker kovalent an sich gebunden, was eine typische Bindungsform bei Nichtmetallen ist.
Glykolipide sind also für Zell-Zell-Interaktionen notwendig, da sie als Erkennungsstelle dienen!
Cholesterin
Cholesterin ist der letzte wichtige Baustein der Biomembran. Es ist vorwiegend in tierischen Zellen aufzufinden und wird als Steroid bezeichnet.
Die Hauptaufgabe dieses Naturstoffs ist der Einfluss auf die Fluidität der Membran. Je höher der Cholesterinspiegel ist, desto fester und unbeweglicher ist die Biomembran.
Flüssig Mosaik Modell
Das Flüssig Mosaik Modell erklärt den Aufbau der Biomembran als Ganzes. Demnach ist die Biomembran eine flüssige Trennschicht, in die Membranproteine und Phospholipid-Moleküle eingebettet sind.
Die Membran ist beweglich, wobei die Fluidität von verschiedenen Faktoren abhängig ist. Diese Faktoren sind:
- Zusammensetzung der Fettsäuren
- Temperatur
Je höher die Fluidität der Membran ist, desto durchlässiger wird sie für die passierenden Stoffe.
Doch auch die Phospholipide und Proteine können sich aufgrund dieser flüssigen Struktur innerhalb der Membran seitlich bewegen.
Das Flüssig Mosaik Modell stellt also ein molekulares Modell dar, was die Struktur der Biomembran veranschaulichen soll.
Aufgaben der Biomembran
Wie du bereits am Anfang des Artikels gelernt hast, hat die Biomembran eine Hauptaufgabe: den Austausch von Stoffen zwischen Innen- und Außenraum einer Zelle.
Doch selbstverständlich ist dies nicht die einzige Funktion der Biomembran. Wir schauen uns die wichtigsten dieser zusammen genauer an, hier hast du schon mal eine kleine Übersicht:
- Selektive Permeabilität
- Informationsvermittlung
- Kompartimentierung
- Transport durch die Biomembran
- Oberflächenvergrößerung
Selektive Permeabilität
Beginnen wir mit der selektiven Permeabilität.
Definition: Selektive Permeabilität bedeutet, dass die Biomembran nur für bestimmte Stoffe durchlässig ist.
Sie kontrolliert, welche Stoffe in welchem Ausmaß die Zelle verlassen oder betreten dürfen.
Diese Durchlässigkeit ist von Größe und Ladung der Stoffe abhängig.
Stoffe, die passieren können
Stoffe, die nicht passieren können
kleine, unpolare Moleküle (CO₂, O₂)
große, polare Moleküle (Ionen, Glukose)
kleine, polare Moleküle (Harnstoff)
geladene Moleküle (Chloridionen)
Kompartimentierung
Unter Kompartimentierung verstehen wir die Unterteilung der Zelle in verschiedene Bereiche. Dadurch entstehen verschiedene Reaktions- und Speicherräume mit unterschiedlichen Eigenschaften.
Zu diesen Kompartimenten kannst du beispielsweise den Zellkern, das Mitochondrien oder den Golgi-Apparat zählen.
Signalübertragung / Zellverbindungen
Die Signalübertragung zwischen den Zellen ist dazu notwendig, dass wir auf Reize reagieren können.
Zusätzlich stehen die Zellen dauerhaft in Verbindung, was ermöglicht, dass sie miteinander in Wechselwirkungen treten können und so Stoffe austauschen können.
Beispiel:
Sogenannte Gap Junctions sind ein klassisches Beispiel für Wechselwirkungen. Dies sind Proteinkanäle, die zwei Plasmamembranen von tierischen Zellen miteinander verbinden.
Hierdurch kann ein schneller Stoffaustausch gewährleistet werden.
Transport durch die Biomembran
Wie bereits erwähnt, ist die wichtigste Funktion der Biomembran der Stofftransport. Hier unterscheidest du zwischen zwei Arten:
- der passive Transport
- der aktive Transport
Passiver Transport
Beim passiven Transport durch die Biomembran wird keine zusätzliche Energiezufuhr, wie zum Beispiel ATP, aufgewendet. Kanalproteine und Carrier-Proteine können Stoffe passiv transportieren.
Kanalproteine kannst du dir vorstellen wie lange Tunnel, die meist dauerhaft geöffnet sind. Hier diffundieren die Stoffe entlang ihres Konzentrationsgefälles.
In einigen Fällen können sie spannungsgesteuert sein, das heißt, sie öffnen sich erst ab einer bestimmten Spannung im Kanal.
Carrier-Proteine können sowohl passiven, als auch aktiven Transport ausführen. Sie sind stets substratspezifisch, was bedeutet, dass sie zunächst die zu transportierenden Ionen oder Moleküle binden (“Schlüssel-Schloss-Prinzip“).
Dadurch kommt es zu einer Konformationsänderung, die Carrier-Proteine öffnen sich also und die Stoffe können die Membran passieren.
Aktiver Transport
Beim aktiven Transport werden die Stoffe entgegen ihres Konzentrationsgefälles auf die andere Seite der Biomembran befördert. Hierzu ist eine Energiequelle notwendig.
Du unterscheidest unter dem primär aktiven und dem sekundär aktiven Transport:
Du hast ATP als direkten Energielieferant und Carrier-Proteine pumpen die Moleküle oder Ionen entgegen ihres Konzentrationsgradienten.
Hierbei wird das ATP nicht direkt genutzt. Es wird dazu aufgebraucht, um einen Konzentrationsgradienten herzustellen, sodass die Stoffe daraufhin erneut entlang ihres Konzentrationsgradienten diffundieren können.
Oberflächenvergrößerung
Durch die Oberflächenvergrößerung wird mehr Oberfläche generiert, sodass die Zellen Stoffe besser aufnehmen und abgeben können.
Diese Vergrößerung erfolgt durch sogenannte Mikrovilli, welche Ausstülpungen innerhalb der Membran sind.
Biomembran – Das wichtigste zusammengefasst
Du hast jetzt schon ganz schon viel über die Biomembran gelernt, fassen wir das Wichtigste nochmal gemeinsam zusammen!
- Die Biomembran ist eine flüssige Trennschicht in unseren Zellen
- Sie besteht hauptsächlich aus der Phospholipid-Doppelschicht
- Neben den Phospholipiden besteht sie außerdem aus Membranproteinen und Glykolipiden
- Die Hauptaufgabe der Biomembran ist der Stofftransport, aber sie erfüllt eine Vielzahl von anderen Funktionen, wie die Kompartimentierung oder die Oberflächenvergrößerung
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Die Biomembran ist in jeder eukaryotischen und prokaryotischen Zelle zu finden. Dort dient sie als flüssige Trennschicht um und in den Zellen.
Was ist die Aufgabe der Biomembran?
Die Hauptaufgabe der Biomembran ist der Stoffaustausch zwischen dem Äußeren der Zelle und dem Zelleninneren.
Jedoch erfüllt sie auch einige andere Funktionen wie die Kompartimentierung, die Zellverbindung oder die Oberflächenvergrößerung.
Welche Zellorganellen haben eine Biomembran?
In einer eukaryotischen Zelle ist die Biomembran ein wichtiger Bestandteil. Sie umhüllt wichtige Zellorganelle wie den Zellkern, das Endoplasmatische Retikulum, der Golgi-Apparat oder die Endosomen.
Auch die Vesikel und Lysosomen sind von einer Biomembran umgeben.