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Struktur der Zellmembran

Die Plasmamembran oder Zellmembran ist eine Lipid-Doppelschicht. Amphipathische Lipide mit einem hydrophilen (wasser-liebenden) Kopf und einem hydrophoben (wasser-abstoßenden) Schwanz. In einer wässrigen Umgebung bilden diese Lipide natürlicherweise eine sphärische Lipid-Doppelschicht, sodass die hydrophilen Köpfchen in das Wasser ragen und die hydrophoben Schwänzchen in der Lipid-Doppelschicht verborgen sind. Lipid-Doppelschichten sind flüssig und elastisch. Das am häufigsten, in der eukaryotischen Zellmembran vorkommende Lipid, ist das Phospholipid. Die Membran enthält jedoch auch andere Lipide, wie Sphingolipide, Cholesterin und Glykolipide. Diese Lipide verändern die Eigenschaft der Membran. Zum Beispiel macht ein hoher Anteil an Cholesterin die Membran weniger flüssig, aber verhindert auch, dass die Membran sich bei sinkenden Temperaturen versteift. Zusätzlich zu den Lipiden enthält die Plasmamembran auch Proteine, die sich lateral durch die Membran bewegen können. Aus diesem Grund wird die Struktur und Funktion der Zellmembran auch als das Flüssig-Mosaik-Modell bezeichnet (Abbildung 1).

Ein dreidimensionales Modell der doppelschichtigen Zellmembran. Lipide mit hydrophilen Köpfchen und hydrophoben Schwänzchen bilden die Hauptstruktur der Membran. Die Lipide sind so angeordnet, dass sie eine Doppelschicht bilden. Die Köpfchen zeigen dabei nach außen und die Schwänzchen nach innen. Die Lipidköpfchen sind in unterschiedlichen Farben dargestellt, um die unterschiedlichen Arten von Lipiden zu repräsentieren, die in der Membran vorkommen. Proteine sind in die Membran eingebettet. Manche dieser Proteine sind als Tunnel dargestellt, die die Membran durchspannen und so Molekülen ermöglichen, die Membran zu passieren. Andere Proteine durchspannen die Membran und haben auf beiden Seiten eine Auswölbung für die Bindung von Molekülen.

Abbildung 1: Modell einer Plasmamembran mit Phospholipiden, Sphingolipiden, Cholesterin, Glykolipiden (kleine Kugeln mit Schwänzchen in unterschiedlichen Farben) und Proteinen (größere rote, gelbe und blaue Strukturen).

Während die Lipide eine Barriere bilden, die die Zelle abgrenzt, erfüllen die Proteine meistens andere Funktionen. Proteine sind verantwortlich für den Transport der meisten Molekülarten durch die Zellmembran. Das verleiht der Zelle ihren semipermeablen Charakter. Da Zellen hochspezialisiert sind, variieren die Bedürfnisse der Zelle und somit die Zusammensetzung der Membran von Organismus zu Organismus und sogar von Zelltyp zu Zelltyp.