Zellbiologie, Biomembran

Membrangebundene Funktionen:

1.    Abgrenzung, Barriere, Strukturgebung

2.    Erkennung

3.    Signalaufnahme und –leitung

4.    Transport

5.    Energiekonservierung

6.    Biosynthese

Wichtige Biomembran-Eigenschaften:

-       Bilayer

-       Fluidität

-       Laterale Mobilität und Flip-Flop

-       Asymmetrie (unterschiedliche Lipide innen und aussen)

Membrankomponenten und deren Funktion:

1.     Phospholipide: Grundstruktur Bilayer, wenn Spezialfunktion dann Cell Signaling oder Proteintransport, Fluidität der Biomembran

2.    Verschiedene Membranproteine garantieren die speziellen Funktionen

3.    Glycolipide und Glycoproteine für extrazelluläre Funktion

4.    Cholesterin ( nur in Säugerzellen) für die erweiterte Temprange

Siehe Bild

Unsymetrie der Membran

P-Seite: Zytoplasmatische Seite

E-Seite: Extrazytoplasmatische oder externe Seite

Synthese der Biomembran:

-       Im ER mit anschliessendem Transport via Vesikeln zu Golgi, PM, Endosomen, Lysosomen, z.T. dann noch weitere Modifikationen

-       Mitochondrien und Peroxisomen: z.T. Synthese in diesen Organellen z.T. Import durch Assoziation mit dem ER

Asymmetrische Phospholipidverteilung:

1.   Bakterienmembran h.s. ein Phospholipidtyp ohne Cholesterin, Stabilität durch Zellwand

2.   Eukaryontenzellen viel Cholesterin und unterschiedliche Phospholipide

3.   Phosphatidylinositol geringe Mengen , sehr wichtig in der Signalübertragung

4.   Lipidzusammensetzung auf E-und P-Seite sehr unterschiedlich

5.   Erythrozytenmembran: E-Seite h.s. Cholinhaltige Lipide (Phosphatidylcholin, Sphingomyelin)

P-Seite Lipide mit terminaler AS-Gruppe (Phasphatidylethanolamin und –serin)

6.   Das negativ geladene Phosphatidylserin (immer auf der Innenseite) ergibt im Vergleich zur Aussenseite eine Ladungsdifferenz um die Membranfunktion zu gewährleisten

Die 4 Blutgruppen entstehen durch die Oligosaccharide, die sich auf der Erytrozytenmembran befinden. A hat andere Antigene als B. 0 hat keine Antigene. Enzym hängt bei A ein GalNAc an, bei B ein Gal, bei Blutgruppe 0 sind beide Enzyme inaktiv

-Siehe Bild

Interaktionen zwischen den hydrophoben Schwänzen erniedrigen die Fluidität:

- Kürzere Fettsäuren machen weniger Interaktionen

- Ungesättigte Fettsäuren stören durch ihren “Knick” die Wechselwirkungen

 Cholesterin vermindert die Fluidität

- Verunmöglicht Interaktionen

- Unterbindet die Beweglichkeit der hydrophoben Fettsäurenreste

- Stabilisiert die Membran

- Verhindert Auskristallisation der Phospholipide 

Membranproteine:

2 Gruppen von Membranproteinen:

1.    Periphere MP: ca. 20% der MP, leiccht ablösbar nach Veränderung des Ionenmilieus (v.a. mit EDTA)

2.    Integrale MP: hydrophobe WW zwischen ihnen und Membranlipiden manchmal über S-S kovalent gebunden

Einteilung der integralen MP:

Typ I MP: besitzen Membrandurchgang mit Aminoende auf E-, Carboxylende auf P-Seite

Typ II MP: membrandurchgehend, aber umgekehrt zu Typ I

Typ III MP: mehrere Membrandurchgänge mit unterschiedlichen Orientierungen

Unterschiedliche Funktionen von Membranporteinen:

1.    Transport: hydrophiler Kanal ohne ATP, oder unter Verbrauch von ATP (beide spezifisch)

2.    Enzymaktivität: Auch mit mehreren nacheinander

3.    Signal Transduction

4.    Intercellulare Verbindung

5.    Zell-Zell-Erkennung mittels Glycoproteinen

6.    Attachment zum Cytoskelett und der ECM

Membrantransport:

Freie Diffusion durch Membran nur für sehr kleine Moleküle (Gase), sonst spezifischer Transport für bestimmte Moleküle mit bestimmten Membranproteinen:

1.    Spezifischer Transport ist schneller als freie Diffusion

2.    Er geschieht über integrale Translokatoren (Carrier, Transportproteine)

3.    Substratspezifisch

4.    Saturierbar

5.    Häufig durch Substratanaloga oder „Gifte“ spezifisch hemmbar

Aufbau der Oligosaccharidketten:

Es gibt N- oder O-linked = N- oder O-glycosidisch an Proteine gebundene Oligomere:

N= es wird an das N- des Asparagin gebunde; Im ER (bei Eukaryonten, Hefen)

O= es wird an das O- des Serins gebunden; Im Golgi (Eukaryonten)