Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

5.1: Was sind Membranen?
INHALTSVERZEICHNIS

JoVE Core
Biology

This content is Free Access.

Education
What are Membranes?
 
PROTOKOLLE

5.1: What are Membranes?

5.1: Was sind Membranen?

A key characteristic of life is the ability to separate the external environment from the internal space. To do this, cells have evolved semi-permeable membranes that regulate the passage of biological molecules. Additionally, the cell membrane defines a cell’s shape and interactions with the external environment. Eukaryotic cell membranes also serve to compartmentalize the internal space into organelles, including the endomembrane structures of the nucleus, endoplasmic reticulum and Golgi apparatus.

Membranes are primarily composed of phospholipids composed of hydrophilic heads and two hydrophobic tails. These phospholipids self-assemble into bilayers, with tails oriented toward the center of the membrane and heads positioned outward. This arrangement allows polar molecules to interact with the heads of the phospholipids both inside and outside of the membrane but prevents them from moving through the hydrophobic core of the membrane.

Proteins and carbohydrates contribute to the unique properties of a cell’s membrane. Integral proteins are embedded in the membrane, while peripheral proteins are attached to either the internal or external surface of the membrane. Transmembrane proteins are integral proteins that span the entire cell membrane. Transmembrane receptor proteins are important for communicating messages from the outside to the inside of the cell. When bound to an extracellular signaling molecule, transmembrane receptors undergo a conformational change that serves as an intracellular signal. Other proteins, such as ion channels, serve to regulate the passage of large or polar molecules across the hydrophobic membrane core.

Carbohydrates are bound to either lipids or proteins on the exterior face of the cell’s membrane. The unique patterns of glycoproteins and glycolipids present on a cell’s exterior surface allow cellular recognition to take place. Human immune cells are able to distinguish self from non-self by recognizing the carbohydrate modifications on cell surfaces. Together, the proteins, carbohydrates, and lipids present on a membrane create a functional and flexible boundary for cells.

Ein wesentliches Merkmal allen Lebens ist die Fähigkeit, den äußeren von dem inneren Raum zu trennen. Hierzu haben die Zellen semipermeable Membranen entwickelt, die ein Durchdringen von biologischen Molekülen regulieren. Zusätzlich definiert die Zellmembran die Form einer Zelle und ihre Wechselwirkungen mit der äußeren Umgebung. Eukaryontische Zellmembranen dienen auch dazu, den inneren Raum in Organellen zu unterteilen. Zu diesen Organellen gehören die Endomembranstrukturen des Nucleus, das endoplasmatischen Retikulum und der Golgi-Apparat.

Die Membranen bestehen hauptsächlich aus Phospholipiden, die aus hydrophilen Köpfen und zwei hydrophoben Schwänzen bestehen. Diese Phospholipide setzen sich selbst zu Doppelschichten zusammen. Dabei sind die Schwänze zur Mitte der Membran hin ausgerichtet, während die Köpfe nach außen gerichtet sind. Diese Anordnung ermöglicht es den polaren Molekülen, mit den Köpfen der Phospholipide sowohl innerhalb als auch außerhalb der Membran zu interagieren. Außerdem verhindert es, dass sie sich durch den hydrophoben Kern der Membran bewegen.

Proteine und Kohlenhydrate tragen zu den einzigartigen Eigenschaften der Membran einer Zelle bei. Integrale Proteine sind in die Membran eingebettet, während periphere Proteine entweder an die innere oder äußere Oberfläche der Membran gebunden sind. Transmembranproteine sind integrale Proteine, welche die gesamte Zellmembran überspannen. Transmembranrezeptorproteine sind wichtig für die Kommunikation von Botschaften von der Außenseite zum Inneren der Zelle. Wenn sie an ein extrazelluläres Signalmolekül gekoppelt werden, durchlaufen Transmembranrezeptoren eine Änderung ihrer Konformation, die als intrazelluläres Signal dient. Andere Proteine, wie z.B. Ionenkanäle, dienen dazu, den Durchgang von großen oder polaren Molekülen durch den hydrophoben Membrankern zu steuern.

Kohlenhydrate sind entweder an Lipide oder Proteine auf der Außenseite der Zellmembran gebunden. Die einzigartigen Muster von Glykoproteinen und Glykolipiden auf der Außenfläche der Zelle ermöglichen die zelluläre Identifizierung. Menschliche Immunzellen sind in der Lage, sich selbst von fremden Zellen zu unterscheiden, indem sie die Kohlenhydratmodifikationen auf den Zelloberflächen erkennen. Die auf einer Membran vorhandenen Proteine, Kohlenhydrate und Lipide bilden zusammen eine funktionelle und flexible Grenze für Zellen.


Suggested Reading

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter