Membrane und Rezeptoren: Aufbau und Funktion

• Phospholipide
• Cholesterol
• Glycolipide
• Amphipathisch => hydrophilen, polaren Kopf
• Phospho-/ Glycolipide: 2 hydrophobe, unpolare Schwanzteile
• Länge Schwanzteile und Sättigungsgrad bestimmen wesentlich Fluidität der Membrane

• Negative geladene Phosphatgruppe
• Alkohol => mit Phosphat verestert
  • Bilden zusammen polaren Kopf
• Glycerol  => an der dritten Hydroxy-Gruppe mit Phosphat-Gruppe verestert
• Unpolare Fettsäure => an erster und zweiter Hydroxy-Gruppe von Glycerol verestert
  • Unpolarer Schwanzteil

• Häufigstes Lipid in der Plasmamembran
• Können sich innerhalb der Doppelschicht bewegen => sind sehr dynamisch
• Sind amphipathisch (=hydrophile, wie auch hydrophobe Bereicht)

• Periphere: liegen lose gebunden auf der Membranoberfläche
• Integrale: sind tief in hydrophoben Kernbereich eingebetet
• Transmembranporteine: durchdringen Membran vollständig

• Transport
  • Selektiver Kanal
  • Konformationsänderung
• Enzymatische Aktivität
• Signaltransduktion
  • Konformationsänderung durch Botenstoff (z.B. Hormon)
  • Signalweiterleitung in das Zellinnere
• Zell-Zell-Erkennung
  • Identifizierung des Zelltyps durch andere Zellen
• Zwischenzellverbindung
  • Wechselwirkung zwischen Zellen durch tightcoder gap junctions
• Verankerung des Cytoskeletts und der extrazellulären Matrix (ECM)

• Stoffaustausch
• Regulation Ver- / Entsorgung
• Apolare Moleküle durchqueren Membran schnelle => lösen sich in Lipiddoppelschicht
• Polare Moleküle durchqueren Membran langsamer

• Ermöglichen Transport von hydrophilen Substanzen durch Membran
• Selektiver Stofftransport => Kanalproteine bilden Pore, so dass nur bestimmte Moleküle durchpassen
• Transport Wassermoleküle => Aquaporine (Kanalprotein)
• Carrier proteins befoerdern Stoffe mittels Konformationsänderung

==> Transportprotein ist spezifisch für transportierte Moleküle

• Diffusion
  • Spontane und vollstaendige Durchmischung von Teilchen verschiedener Stoffe ( welche miteinander in Kontakt stehen)
  • Irreversibel
  • Ohne Stoffwechselenergie
• Kanalproteine => transportieren polare Moleküle

• Diffusion eines Stoffes anhand des Konzentrationsgradienten
• Durch Semipermeable Membran
• Wasser diffundiert vom Ort geringerer, zum Ort höherer Konzentration

• Transport gelöster Stoffe gegen Konzentrationsgefälle
• Unter Energieverbrauch (ATP)
• Transportproteine => z.B. Natrium-Kalium-Pumpe, Proteinpumpe, Cotransport
• Erlaubt Zellen ein Konzentrationsgefälle aufrechtzuerhalten

1.     Cytoplasmatische Na-Ionen binden an Na-K-Pumpe => Na-Affinitaet ist in diesem Stadium hoch

2.     Na-Bindung stimuliert Phosphorylierung des Transporters durch ATP

3.     Konformationsänderung durch Phosphorylierung => Verminderung der Na-Affinität

4.     Geänderte Konformation führt zur erhöhten K-Affinität => K-Ionen binden und induzieren Abspaltung des Phosphorsäure-Rests

5.     Verlust der Phosphorsäure bring Protein in ursprüngliche Konformation => Senkung der K-Affinität

6.     K-Ionen werden freigesetzt => Na-Affinität ist wieder hoch => Zyklus wiederholt sich

==> wichtigste elektrogene Pumpe in Tierzellen

• Elektrochemisches Membranpotential
  • Kräfte, die die Diffusion von Ionen durch Membran bewirken
    • Chemische Kraft => Konzentrationsgradient
    • Elektrische Kraft => Effekt des Membranpotentials auf Ionenbewegung
• Membranruhepotential
  • Ladungsunterschied durch Ungleichverteilung von Ionen => Im Innern der Zelle ist Membran negativer als an der Aussenseite
• Aktionspotential
  • Kurzzeitige charakteristische Abweichung des Membranpotentials einer Zelle vom Membranruhepotential => Informations-Übertragung bei Nerven- und Muskelzellen

• Transport von grossen Molekülen und grösseren Partikel (Polysaccharide & Proteine)
• Exocytose
  • Ausschleusen von (hydrophilen, nicht-membrangängigen) Stoffen aus der Zelle
  • Transportvesikel wandern an Membran, verschmelzen mit ihr und geben Inhalt frei
• Endocytose
  • Aufnahme von Makromolekülen => Zelle bildet Vesikel an der Plasmamembran und schnürt sie ab

• Phagozytose
• Pinozytose
  • ‚Zelltrinken’
  • unspezifische Aufnahme
• Rezeptorvermittelte Endozytose
  • Spezifische Aufnahme

• Moleküle, die ein Signal von einem Rezeptor bis zur Antwortebene weiterleiten => vielfach Proteine
• Vorgang, durch den ein Signal an der Zelloberfläche durch eine Abfolge von Zwischenschritten in eine beistimmte zelluläre Antwort umgewandelt wird
• Erkennung => Übertragung (Verstärkung des Signals) => Antwort (Anschaltung gewisser Gene)
• Gewöhnlich mehrere Schritte => mehr Möglichkeiten zur Regulation
• Zellkommunikation durch Enzyme, Hormone, Neurotransmitter

==> Vorteil dieser Funktion ist, die Verstärkung des Signals

• Siehe Bild

• Siehe BildÜbertragen Phosphat auf Tyrosinreste in Proteinen
• Aktiviert mehr als ein Dutzend unterschiedliche Proteine => setzen somit ebenso viele Signaltransduktionswege und zelluläre Antworten in Gang

1.     Steroidhormon durchquert Plasmamembran

2.     Hormon bindet an Rezeptorprotein und aktiviert es

3.     Komplex tritt in den Zellkern und bindet an Regulatorbereiche bestimmter Gene

4.     Gebundenes Protein wirkt als Transkriptionsfaktor => betreffendes Gen wir in mRNA transkriptiert

5.     mRNA wird in spezifisches Protein translatiert

• Lokalisiert im Cytoplasma oder Zellkern
• Hydrophobe oder sehr kleine Teilchen können Phospholipidschicht überwinden
• Hydrophobe Botenstoffe (z.B. Steroidhormon) aktiviert Hormonrezeptor