Biologie 1

• sind amphipathisch, d.h. sie haben einen hydrophilen, polaren Kopf
• Phospho- und Glycolipide haben zwei hydrophobe, unpolare Schwanzteile 
• Länge der Schwanzteile und Sättigungsgrad tragen zur Fluidität der Membran bei 

• negative geladene Phosphat Gruppe ist mit einem Alkohol verestert 

-->bilden polaren Kopf des Moleküls

• Phosphat- Gruppe ist mit der dritten Hydroxy- Gruooe von Glycerol verestert 
• erste und zweite Hydroxy- Gruppe von Glycerol ist jeweils mit einer unpolaren Fettsäure verknüpft --> unpolarer Schwanzteil 
• häufigsten Lipide in der Plasmamembran
• können sich innerhalb der Doppelschicht
  bewegen
• Phospholipidmolekül ist amphipathisch
  (hydrophile als auch hydrophobe Bereiche)
  

Abbildung: Phosphatidylcholin

interpretiert eine Membran als eine zweidimensionale Flüssigkeit, in die ein Mosaik aus verschiedenartigen Proteinen eingebettet ist

• Periphere Membranporteine 
• Integrale Membranproteine
• Transmembranproteine 

liegen relativ lose gebunden auf der Membranoberfläche 

sind tief in den hydrophoben Kernbereich der Lipiddoppelschicht eingebettet 

Durchdringen Membran vollständig

• Transport
• Enzymatische Aktivität
• Signaltransduktion
• Zell-Zell- Erkennung
• Zwischenzellverbindung
• Verankerung des Cytoskeletts und der extrazellulären Matrix 

• steuer Stoffaustausch mit ihrer Umgebung
• sind selektiv durchässig und regulieren die molekulare Ver- und Entsorgung der Zelle 
• apolare Moleküle lösen sich in der Lipiddoppelschicht und durchqueren diese daher auch schnell
• Polare Moleküle wie Zucker schaffen dies in der Regel nicht so schnell 

• ermöglichen den Weg hydrophiler Substanzen durch die Membran

• Kanalproteine, bilden eine Pore durch die Membran, die so bemessen ist, daß nur bestimmte Moleküle oder
Ionen hindurchpassen

• Spezielle Kanalproteine, Aquaporine genannt, erlauben den Durchtritt von Wassermolekülen

• carrier proteins, befördern ihre Fracht, indem sie im Vorgangsverlauf ihre Konformation ändern

--> Ein Transportprotein ist spezifisch für das bzw. die transportierten Moleküle

• passiver Transport 
• spontane und vollständige, ohne Stoffwechselenerige, irreversible Durchmischung von Teilchen in miteinander in Kontakt stehenden Stoffen 

• Die durch eine semipermeable Membran erfolgende gerichtete Diffusion eines Stoffes als Folge eines Konzentrationsunterschiedes wird Osmose genannt

• Wasser diffundiert durch eine Membran vom Ort geringerer Konzentration zum Ort höherer Konzentration

• Protein- gestützer passiver Transport 
• Viele polare Moleküle und Ionen diffundieren mit Unterstützung spezieller Transportproteine passiv in die Zelle hinein oder aus ihr heraus 
• Kanalproteine sorgen für Kanäle, die bestimmte Moleküle oder Ionen die Membran passieren lassen

• Gelöste Stoffe werden gegen ihr Konzentrationsgefälle unter Energieverbrauch transportiert

• Transportproteine (in den Membranen eingelagert) können gelöste Stoffe gegen ihr Konzentrationsgefälle durch Membranen pumpen  -->erfordert Energie, die das ATP (Adenosintriphosphat) bereitstellt

• Aktiver Transport erlaubt es Zellen, ein Konzentrationsgefälle aufrechtzuerhalten, das sich von ihrer Umgebung unterscheidet

• z.B. Natrium-Kalium-Pumpe, Protonenpumpe, Cotransport

• aktiver Transport
• 3 Na⁺ werden aus der Zelle und 2K⁺- Ionen in die Zelle gepumpt 
• in Tierzellen die wichtigste elektrogene Pumpe 

• aktiver Transport
• Wasserstoffionen (Protonen) werden in den Zellen von Pflanzen, Pilzen und Bakterien aktiv herausschafft
  

• aktiver Transport 
• bei einem aktiven Transport werden indirekt auch weitere Stoffe transportiert. 

z.B. Saccharose/H +- Cotransport: Aufnahme von 
Saccharose in die Zelle mittels H+-Ionen Diffusion

 Kräfte, die die Diffusion von Ionen durch Membranen bewirkt
• eine chemische Kraft (der Konzentrationsgradient)
• eine elektrische Kraft (der Effekt des Membranpotenzials auf die Ionenbewegung) 

 Ladungsunterschied durch ungleichverteilung von Ionen  --> Im Innern der Zelle ist Membran stärker negativ geladen als auf der Außenseite 

kurzeitige charakteristische Abweichung des Membranpotetnials einer Zelle vom Membranruhepotenzial -->Übertragung von Infromationen bei Nerven und Muskelzellen

Ausschleusen von Stoffen (hydrophile, nicht- membrangängig) aus der Zelle (Extrazell--> Transportvesikel wandern an die Membran, verschmelzen mit ihr und geben ihren Inhalt frei

Die Zelle nimmt Makromoleküle auf, indem sie an der Plasmamembran Vesikel bildet und abschnürt

Phagozytose: Grosse Mikroorganismen werden aufgenommen, Nahrungsvakuole wird gebildet.

Pinozytose: Membran stülpt ein, kleine Teile können rein kommen und Vesikel wird gebildet.

Rezeptorvermittelte Endocytose:Liganden binden an Rezeptoren auf der Zellwand, stülpt sich ein und ein Clathrinvesikel wird gebildet.

Vorgang, durch den ein Signal an der Zelloberfläche durch eine Abfolge von Zwischenschritten in eine bestimmte zelluläre Antwort umgewandelt wird  --> Erkennung --> Übertragung --> Antwort

• Moleküle, die ein Signal von einem Rezeptor bis zur Antwortebene weiterleiten, sind vielfach Proteine

• Signalverarbeitungsprozesses umfasst für gewöhnliche mehrere Schritte Mehrstufige Wege bieten auch
mehr Gelegenheit zur Koordination und Regulation

• der durch den Signalstoff aktive Rezeptor aktiviert ein weiteres Molekül; dieser Vorgang setzt sich fort, bis das Protein oder die Proteine erreicht sind, die die schließlich zelluläre Antwort auf den Botenstoffreiz vollbringen

Zellkommunikation durch Botenstoffe wie Enzyme, Hormone, Neurotransmitter

• Signalrezeptoren sind meistens Proteine der Plasmamembran

• Der Rezeptor verändert unter der Bindung eines Liganden seine Konformation

• Es gibt drei wesentliche Typen von Membranrezeptoren:
• G-Protein-gekoppelte Rezeptoren

• Rezeptortyrosinkinasen

• Rezeptorionenkanäle

• Rezeptorprotein der Plasmamembran
• Ein G-Protein mit gebundenem GDP ist inaktiv

Signalmolekül kommt --> aktiviert Rezeptor --> G-Protein macht GDP zu GTP --> aktiviert Effektor --> zelluläre Antwort.

• übertragen Phosphat auf Tyrosinreste in Proteinen

• aktivieren mehr als ein Dutzend unterschiedliche Proteine  --> setzen somit ebenso viele Signaltransduktionswege und zelluläre Antworten in Gang

• enthält einen als Ionenkanal fungierenden Transmembranbereich

• Ionenkanal öffnet sich, wenn dervRezeptor seine Konformation als Folgevder Bindung eines Liganden ändert; je nach Rezeptortyp können nun bestimmte Ionen wie z.B. Na+ oder Ca2+ den Kanal passieren

• sind entweder im Cytoplasma oder im Zellkern der Zielzellen lokalisiert

• Hydrophobe oder sehr kleine Teilchen können die Phospholipidschicht der Membran überwinden

• hydrophoben Botenstoffen wie Steroidhormone aktiviert Hormonrezeptor und wirkt dann als Transkriptionsfaktor für ihn eigentümliche Steuerungsbereiche (Nucleotidsequenzen) von Zielgenen

• verbreiteter Mechanismus zur Regulierung von Proteinaktivitäten

• Proteinkinasen: Enzyme, die Phosphorylgruppen vom ATP auf bestimmte Proteine übertragen

• Niedermolekulare Verbindungen, in der Regel wasserlösliche Moleküle (teils elektrisch neutral, teils ionisiert)

• sind in Signalleitungswege von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren und von Rezeptortyrosinkinasen eingebunden

• Bsp.: Zyklisches AMP (cAMP), Adenylatcyclase, Calciumionen Inositoltriphosphat (IP3) und Diacylglycerin (DAG)

• Erkennung:

Ein Signalmolekül bindet an Rezeptor (Protein der Plasmamembran), welcher auf der Zelloberfläche liegt.

• Übertragung:

Eine Abfolge von Zwischenschritten bewirkt eine Signalübertragungskaskade.

• Antwort:

Aktivierung einer zellulären Antwort. Bsp Proteinsynthese

Vorteile:

• Moleküle die ein Signal weiterleiten sind Proteine

• Signalverarbeitungsprozess umfasst mehrere Schritte --> bieten Gelegenheit zur Koordination und Regulation