Cholesterolmoleküle. Membranproteine können Zellen. miteinander verknüpfen. tragen Kohlenhydratketten. Manche Lipide (Glykolipide)

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2 Zellinnenraum Manche Lipide (Glykolipide) tragen Kohlenhydratketten. Membranproteine können Zellen miteinander verknüpfen. Manche Proteine (Glykoproteine) tragen Kohlenhydratketten. Cholesterolmoleküle machen die Lipidschicht flüssiger. äußeres Milieu Periphere Proteine sind der Membran nur aufgelagert. Zellinnenraum Transmembranproteine überspannen als integrale Proteine mit ihren hydrophoben Bereichen die gesamte Lipiddoppelschicht und ragen mit ihren hydrophilen Bereichen auf beiden Seiten der Membran heraus. Manche integralen Proteine tauchen nur teilweise in die Lipiddoppelschicht ein. R R = polarer Rest O O P O Glycerol O CH O O wässriges Milieu Die hydrophilen Kopfgruppen der Membranlipide wechselwirken mit Wassermolekülen und geladenen Molekülen. Hydrophobe Fettsäurereste in der Lipiddoppelschicht wechselwirken untereinander und mit hydrophoben Molekülen. O C CH 3 O HC HC C HC HC CH 3

3 Phospholipideinzelschicht Phospholipiddoppelschicht Davson-Danielli-Modell Protein hydrophiler Bereich hydrophober Bereich hydrophiler Bereich Flüssig-Mosaik-Modell hydrophile Region des Proteins Phospholipiddoppelschicht hydrophobe Region des Proteins Anwendung Präparationsmethode der Elektronenmikroskopie zur Untersuchung der inneren Strukturen von Zellen und von Biomembranen. Die Position von Membranproteinen kann durch das Gefrierbruchverfahren sichtbar gemacht werden. Methode Gefrorenes Gewebe wird mit einem sehr scharfen Messer gespalten. Dabei werden die beiden Lipideinzelschichten einer Membran voneinander getrennt. Ergebnis Integrale Membranproteine ragen dann entweder aus der Bruchfläche heraus Suberites gehört zum Tierstamm der Schwämme. Es gibt weiße und rote Arten dieses Schwamms, der regelmäßig von einem Einsiedlerkrebs bewohnt wird. Das Gewebe der beiden Schwämme enthält jeweils ähnliche, aneinander gebundene Zellen oder hinterlassen ein Loch in der Lipideinzelmembran. Die Bruchfläche der Membran wird in einem Elektronenmikroskop sichtbar gemacht. An den exponierten Bereichen ihrer Membranproteine erkennen sich jeweils die weißen und die roten Schwammzellen und binden fest aneinander. die man voneinander trennen kann, indem man die beiden Gewebe durch ein engmaschiges Sieb drückt. zu weißen und roten Zellklumpen. Dann sortieren sich die Zellen artspezifisch

4 gelöste Teilchen Membran Gleichgewicht Alle gelösten Teilchen bewegen sich ungerichtet. Trifft ein Teilchen dabei zufällig auf eine Pore in der Membran, bewegt es sich hindurch. Nachdem die gelöste Substanz teilweise auf die andere Membranseite diffundiert ist, gelangen einige Teilchen wieder zurück. Aber auf der Seite höherer Konzentration treffen pro Zeiteinheit mehr Teilchen zufällig auf eine Pore. Daher wird sich netto weiterhin gelöste Substanz in Richtung ihres Konzentrationsgefälles bewegen. Der Prozess endet im Diffusionsgleichgewicht; das heißt, dass die Substanz auf beiden Seiten der Membran gleich konzentriert ist. Noch immer passieren Teilchen die Membranporen, aber es sind gleich viele in beiden Richtungen.

5 Die Osmose kommt zum Stillstand, wenn der osmotische Druck, bestimmt durch die Zuckerkonzentration, gleich dem hydrostatischen Druck der Wassersäule ist. Wassermolekül Zuckermolekül semipermeable Membran hypertonische Lösung hypotonische Lösung Da in der Zuckerlösung pro Volumen relativ weniger Wassermoleküle vorliegen, diffundieren Wassermoleküle in die Zuckerlösung. Die Steighöhe entspricht dem hydrostatischen Druck hypertonische Umgebung (konzentrierter als innen) isotonische Umgebung (gleich wie innen) hypotonische Umgebung (verdünnter als innen) Durch den Wasserverlust schrumpft der Zellkörper; die Zellmembran zieht sich von der Zellwand zurück (Plasmolyse). Wassermolekül Zuckermolekül Durch den fehlenden Innendruck ist die Zelle schlaff. Normalzustand einer Pflanzenzelle: der Zellkörper drückt gegen die Zellwand und wird prall (turgeszent). Pflanzenzelle zentrale Vakuole rote Blutzelle Die Zellen verlieren Wasser und schrumpfen. Normalzustand einer roten Blutzelle: Gleichgewicht der osmotischen Verhältnisse Die Zellen nehmen Wasser auf, schwellen an und platzen.

6 Wassermoleküle hydrophiler Innenbereich hydrophober Außenbereich Ein Kanalprotein erleichtert die Diffusion von polaren Molekülen oder Ionen. Ein Transportprotein bindet ein passendes Molekül und setzt es nach einer Umlagerung auf der anderen Seite wieder frei. Der passive Transport erfolgt mit dem Konzentrationsgefälle.

7 Der aktive Transport erfolgt gegen das Konzentrationsgefälle. aktiver Transport als Uniport aktiver Transport als Symport als Antiport Zunächst transportiert eine Protonenpumpe H + -Ionen unter Verbrauch des Energieträgers ATP in das Außenmilieu (primär aktiver Transport, Uniport). Zellinnenraum äußeres Milieu 1. Protonenpumpe (Uniport) P Wurzelhaar 2. Nitrat-Carrier (Symport) Der Protonengradient wird dann vom Nitrat- Carrier benutzt, um Nitrat (NO 3 ) im Symport mit je zwei Protonen in das Zellinnere zu befördern (sekundär aktiver Transport).

8 Vesikel Cytoplasma äußeres Milieu Zellmembran Binden passende Moleküle an die Rezeptoren der Zellmembran, dann lösen die Rezeptorproteine die Endocytose aus. LDL-Cholesterol-Komplex Rezeptor Zellinnenraum