Phospholipide bilden den Hauptbestandteil von Biomembranen. Da jedes Phospholipid-Molekül ein wasseranziehendes (hydrophiles) und ein wasserabweisendes (hydrophobes) Ende hat, zeigen in einer wässrigen Lösung die hydrophilen Enden nach außen. Somit bleiben die hydrophoben Enden zusammen und kommen nicht mit dem Wasser in Berührung.
Membranproteine
Proteine kommen – neben Phospholipiden – am Häufigsten im Aufbau von Biomembranen vor.
Obwohl Phospholipide am häufigsten im Aufbau einer Membran vorkommen, bestimmen die Membran-Proteine überwiegend die Funktion und Eigenschaften der Membran.
Eigenschaften von Membran-Proteinen
Abhängig von der Lage eines Proteins im Membranaufbau unterscheidet man zwischen integralen und peripheren Proteinen. In der Abbildung sind die Membran-Proteine in Dunkelviolett dargestellt. Integrale Proteine (linkes und rechtes Protein) reichen bis in den hydrophoben Bereich der Lipiddoppelschicht, wobei einige sogar die ganze Membran durchspannen (rechtes Protein). Die integralen Proteine, die die Membran durchspannen werden auch Transmembran-Proteine genannt.
Wie geht das?
Die integrale Membran-Proteine, die die ganze Membran durchspannen (rechtes Protein) besitzen hydrophile und hydrophobe Bereiche. Weißt du welche Bereiche dieser Proteine in die Lipiddoppelschicht eintauchen und welche aus der Membran herausragen?
Der hydrophobe Bereich ist wasserabweisend und bleibt deshalb in der wasserabweisenden Doppelschicht, während der hydrophile Bereich wasseranziehend ist und sich außerhalb der Doppelschicht wohl fühlt.
Die zweite Gruppe der Membran-Proteine befindet sich immer nur auf der Oberfläche der Membran und haftet entweder auf der cytoplasmatischen Seite oder auf der extrazellulären Seite der Membran. Diese Proteine werden periphere Proteine genannt (das mittlere der drei Proteinen in der Abbildung).
Membran-Proteine übernehmen unterschiedliche Aufgaben. Einige dieser Aufgaben umfassen Transportvorgänge durch die Membran, enzymatische Aktivitäten, chemische Signalaufnahme und -weiterleitung sowie Zell-Zell-Verbindung.
Rolle bei Transportvorgängen
Transmembran-Proteine (das sind Proteine, die die Membran durchspannen) eignen sich besonders gut für die Abwicklung des Transports von Teilchen durch die Membran. So können sie z. B. Kanäle bilden oder aktiv durch ATP-Verbrauch Teilchen entgegen ihrer Konzentrationsgefälle transportieren.
In den Membranen von Lysosomen und endoplasmatischem Reticulum sind verschiedene Enzyme eingebaut. Sie katalysieren häufig die Synthese oder den Abbau von Teilchen, die sich im Inneren der Lysosomen oder des ER befinden.
Viele Phospholipid-Moleküle und Membran-Proteine tragen kovalent verbundene Kohlenhydrate. In der Abbildung sind Kohlenhydrate grün dargestellt.
Kohlenhydrate und Membranlipide
Lipidmoleküle, die kovalent gebundene Kohlenhydrate tragen, werden als Glykolipide bezeichnet (mittleres Kohlenhydrat-Molekül in der Abbildung).
Viele Membran-Proteine tragen zusätzliche Kohlenhydrate und werden deshalb als Glykoproteine bezeichnet (rechtes und linkes Membran-Protein in der Abbildung).
Eine der wichtigsten Funktionen von Membran-Kohlenhydraten ist die Erkennung von Zellen und Fremdkörper. Membran-Kohlenhydrate stellen eine Art Ausweis einer Zelle dar. Die Membran-Kohlenhydrate unterscheiden sich von Art zu Art und häufig auch innerhalb eines Individuums. D. h. unterschiedliche Zelltypen besitzen verschieden Membran-Kohlenhydrate. Ein prominentes Beispiel für die Membran-Kohlenhydrate sind die Blutgruppen (A, B, AB und O). Sie entstehen durch unterschiedliche Kohlenhydrate und deren Kombination in Membran von roten Blutkörperchen (Erythrocyten oder auch Erythrozyten genannt).