21 Die Ordnung des Lebendigen Biomembranen sind hauchdünn (ca. 8nm dick): Um die Dicke dieser Buchseite zu erreichen, müssten 6000 von ihnen übereinander gelegt werden! Wie können Biomembranen trotzdem so effektiv jede Zelle von ihrer Umwelt abgrenzen? Grundbausteine aller Biomembranen sind Membranlipide (kAbb. 18). Diese bestehen aus einem hydrophilen1 „Kopf“ und zwei lipophilen2 „Schwänzen“. Durch diesen Aufbau lagern sich Membranlipide von alleine zu einer Doppelschicht an: Die lipophilen Schwänze ziehen einander an und bilden den Innenraum der Membran, während die außen liegenden, hydrophilen Köpfe diesen Bereich vom umgebenden Wasser abschirmen (kAbb. 19). Diese Schicht ist stabil und flexibel zugleich: Durch chemische Anziehungskräfte können sich die Moleküle zwar innerhalb der Schicht seitlich verschieben, aber nicht aus der Schicht heraus. 1 hydrophil: hydor (griech.) = Wasser, philos (griech.) = liebend; wasserliebend, d. h. mit Wasser mischbar, nicht aber mit Fett; Typischerweise sind das Moleküle, die neben C- und H-Atomen auch O- oder N-Atome enthalten, etwa Zucker, Aminosäuren oder Harnstoff. 2 lipophil: lipos (griech.) = Fett; fettliebend, d. h. mit Fett mischbar, aber wasserabstoßend (= hydrophob); Typischerweise sind das Moleküle oder Molekülteile, die vorwiegend aus C und H bestehen und nur wenig O enthalten, etwa Öle oder Wachse. Biomembranen bestehen aus einer Doppelschicht aus Membranlipiden Abb.18: Phospholipide sind typische Membranlipide. O O C CH2 H2C CH2 H2C CH2 H2C CH2 H2C CH2 H2C CH2 H2C CH2 H2C CH2 H2C CH2 H2C CH3 O O C CH2 H2C CH2 H2C CH2 H2C CH2 HC HC CH2 HC CH2 H CH 2C R O O O P – O HC CH2 CH2 H2C CH3 H2C wässriges Milieu R = hydrophiler Rest Glycerol Die hydrophilen Kopfgruppen der Membranlipide ziehen Wassermoleküle und geladene Moleküle (Ionen) an. Hydrophobe Fettsäurereste in der Lipiddoppelschicht ziehen sich gegenseitig und hydrophobe Moleküle an. 1.4 Biomembranen Abgrenzung und Einteilung Jedes Haus hat Wände zur Abgrenzung von der Umgebung, im Haus befinden sich Zimmer, darin gibt es Schränke zur weiteren Unterteilung des Raumes. Genauso sind Zellen von einer Hülle umgeben und im Inneren in verschiedene Bereiche unterteilt. Diese Abgrenzung erfolgt durch Biomembranen. Und so wie Häuser, Zimmer und Schränke Türen aufweisen, gibt es in Biomembranen Öffnungen und Schleusen, um Moleküle und Ionen hinein oder hinaus zu transportieren. Doch spätestens hier endet der Vergleich, denn Biomembranen leisten viel mehr als gemauerte Wände mit festen Türen. Stell dir vor, du willst in ein Haus einziehen, und dein Klavier passt nicht durch die Tür – eine Zelle löst das Problem, in dem die Membran ein großes Objekt umfließt und dann ins Zellinnere „ausspuckt“. Weiters können Zellen (und ihre inneren Räume) ihre Form verändern, wachsen oder sich teilen. Ebenso können stets neue Schleusen ergänzt werden und in der Membran wandern. Die Biomembran, die eine Zelle umgibt, wird als Zellmembran bezeichnet und stellt die Außenhülle dar. Sie grenzt die Zelle von der Umwelt ab und sorgt dafür, dass die Zelle „zusammenhält“ und keine Inhaltsstoffe oder Zellstrukturen ausfließen und verloren gehen. Neben der Zellmembran enthalten Zellen diverse kleinere Gebilde im Inneren, die ebenfalls von Biomembranen umgeben sind – die Organellen. Dadurch entstehen abgegrenzte Bereiche (vergleichbar mit Zimmern oder Schränken im Haus). Diese Bereiche nennt man Kompartimente. Die Unterteilung wird als Kompartimentierung bezeichnet. In diesen Kompartimenten können bestimmte Stoffe gesammelt und gespeichert werden oder bestimmte Stoffwechselprozesse ablaufen. Manche Kompartimente enthalten Abfallstoffe oder sogar Gifte zur späteren Ausscheidung oder Lagerung. Biomembranen dienen zur flexiblen Abgrenzung und Unterteilung von Zellen Aufbau von Biomembranen Kompartimentierung Durch Abgrenzung zur Umwelt ist ein Lebewesen überhaupt erst definiert. Dies gilt im Großen (zB Abgrenzung eines menschlichen Körpers durch unsere Haut) wie auch im Kleinen: Auch unsere Organe sind abgegrenzte Räume. Sie bestehen wiederum aus abgegrenzten Zellen, und in den Zellen finden wir erneut durch die Biomembranen abgegrenzte Kompartimente (zB Chloroplasten in Pflanzenzellen). Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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