Biomembran - Aufbau und Funktion

Als Biomembran wird die aus einer Lipiddoppelschicht bestehende Schicht genannt, die den Zellinnenraum von der extrazellulären Flüssigkeit trennt. Im Falle von Zellorganellen trennt die Biomembran das Innere der Organellen von der intrazellulären Flüssigkeit, dem Cytoplasma ab. Die Biomembran ist dabei existenziell für das Bestehen einer Zelle da erst durch ihre Eigenschaften und die Eigenschaften der in ihr eingebauten Proteine eine Vielzahl an Stoffwechselfunktionen und neurobiologischen Vorgängen überhaupt erst möglich wird.

Phospholipide

Das Grundgerüst der Biomembran sind die sogenannten Phopspholipide. Phospholipide besitzen einen hydrophilen Kopf aus verschiedenen Molekülen, und hydrophobe Schwänze aus langkettigen Fettsäuren. Das bedeutet, Phospholipide verhalten sich im Wasser wie Magneten. Der hydrophile Kopf will stets zum Wasser hinzeigen, der hydrophobe (gleichzeitig lipophile Schwanz) tendiert vom Wasser Weg. Dabei ähneln sie in vereinfacht dargestellter Form einer Stecknadel.

Als Beispiel ist hier das Phospholipid Lecithin abgebildet, ein für die Biomembran typisches Phospholipid. Neben Lecithin existieren noch eine ganze Reihe weiterer Phospholipide. Der hydrophile Kopf besteht bei Lecithin aus Glycerin, Phosphat und Cholin. Lecithin ist damit ein sogenanntes Phosphoglycerid, da Glycerin die Phosphatgruppe mit den hydrophoben Fettsäuren des Schwanzes verbindet. Neben den Phosphogylceriden gibt es noch die sogenannten Sphingomyeline, bei denen das Molekül Sphingosin diese Verbindung übernimmt. Im Falle von Lecithin bildet das Molekül Cholin die Spitze des hydrophilen Kopfes.

Phospholipiddoppelschicht

Befinden sich Phospholipide nun in einer wässrigen Lösung (wie in unserem Körper), dann ist ihr Verhalten mit dem von Magneten zu vergleichen. Der hydrophobe und somit zugleich lipophile Schwanz weicht von der wässrigen Lösung weg, hin zu den Fettsäuren anderer Phospholipide. Bei besonders kleinen Mengen vorhandener Phospholipiden können sich kleine Bälle bilden, sogenannte Micellen. Ist die vorhandene Menge an Phospholipiden innerhalb einer wässrigen Lösung größer, dann können große Gebilde entstehen, die im Optimalfall einer Seifenblase ähneln.

 

Bedeutsam sind die sogenannten Phospholipiddoppelschichten. Diese Schichten bestehen aus zwei Reihen Phospholipiden, wobei jeweils die hydrophilen Köpfchen in Richtung Wasser zeigen, und die hydrophoben Schwänzchen in das Innere der Schicht. Sind genügend Lipide vorhanden, können sich diese zu Vesikeln, sogenannten Liposomen zusammenschließen, ähnlich einer Seifenblase. Diese Wand aus einer Phospholipiddoppelschicht ist das Grundgerüst einer jeden Biomembran.

Natürlich ist die reine Phospholipiddoppelschicht recht fragil, und kann ebenso wie eine Seifenblase sehr leicht beschädigt werden. Deshalb wird die Doppelschicht als Zellmembran von Zellorganellen durch die Unterschiedlichsten Stoffe verstärkt, die dem fragilen Gebilde Stabilität und allerlei biochemische Funktionalitäten verleihen.

Aufbau der Biomembran

Um nicht wie ein blasser, öliger Film davonzuschwimmen benötigt eine Phospholipiddoppelschicht etliche Kompartimente um eine funktionale Biomembran zu werden. Für die Stabilität der Membran sorgen Steroide wie Cholesterin. Sie sind die Bewehrung der Membran, und verwandeln den dünnen Film in eine wiederstandsfähigere Oberfläche. Desweiterein sind in den Biomembranen von Zellorganellen eine große Anzahl verschiedener Proteine eingelagert. Diese Proteine können die unterschiedlichsten Aufgaben übernehmen, und ermöglichen erst die verschiedenen biochemischen Funktionalitäten, die aus einer Membran eine Zelle machen.

Erst dadurch können neben der osmotischen Wanderung von Wasser auch noch andere Stoffe die Membran passieren. Lebenswichtige Moleküle für innerhalb der Membran liegende Zellorganellen wie Stärke sind viel zu groß, um durch Osmose durch die Membran zu diffundieren. Um den Zellstoffwechsel und damit einen Stoffein- und Stoffaustrag aus der Zelle oder der Zellorganelle zu ermöglichen erledigen in die Biomembran eingelagerte Proteine entweder aktiv, durch Energieverbrauch, oder passiv als selektiver Kanal die Aufgaben der Membran-Logistiker.