WAS IST DAS FLUIDMOSAIKMODELL? - BIOLOGIE - 2025

Das Fluidmosaikmodell besagt, dass Zellmembranen oder Biomembranen dynamische Strukturen sind, die die Fluidität ihrer verschiedenen molekularen Komponenten darstellen, die sich seitlich bewegen können. Das heißt, diese Komponenten sind in Bewegung und nicht statisch, wie zuvor angenommen wurde.

Dieses Modell wurde von S. Jonathan Singer und Garth aufgezogen. L. Nicolson im Jahr 1972 und heute ist von der wissenschaftlichen Gemeinschaft weithin akzeptiert. Alle Zellen sind von einer Zellmembran mit Besonderheiten in ihrer Konstitution und Funktion enthalten.

Abbildung 1. Diagramm des Fluidmosaikmodells. Quelle: Von LadyofHats Mariana Ruiz, Übersetzung Pilar Saenz, über Wikimedia Commons

Diese Membran definiert die Grenzen der Zelle und ermöglicht das Vorhandensein von Unterschieden zwischen dem Cytosol (oder dem Zellinneren) und der äußeren Umgebung. Darüber hinaus reguliert es den Stoffaustausch zwischen Zelle und Außen.

In eukaryotischen Zellen definieren die inneren Membranen auch Kompartimente und Organellen mit unterschiedlichen Funktionen, wie Mitochondrien, Chloroplasten, die Kernhülle, das endoplasmatische Retikulum und den Golgi-Apparat.

Struktur der Zellmembran

Allgemeines

Die Zellmembran besteht aus einer Struktur, die für wasserlösliche Moleküle und Ionen zwischen 7 und 9 Nanometern undurchlässig ist. In elektronenmikroskopischen Aufnahmen wird es als kontinuierliche und dünne Doppellinie beobachtet, die das Zellzytoplasma umgibt.

Die Membran besteht aus einer Phospholipid-Doppelschicht, in deren Struktur Proteine ​​eingebettet und auf der Oberfläche angeordnet sind.

Darüber hinaus enthält es Kohlenhydratmoleküle auf beiden Oberflächen (innen und außen) und im Fall von eukaryotischen Tierzellen auch Cholesterinmoleküle, die in der Doppelschicht verteilt sind.

Phospholipid Doppelschicht

Phospholipide sind amphipathische Moleküle, die ein hydrophiles Ende haben - ein Ende zu Wasser - und ein anderes hydrophobes, das Wasser abweist.

Die Phospholipiddoppelschicht, aus der die Zellmembran besteht, weist hydrophobe (unpolare) Ketten auf, die im Inneren der Membran angeordnet sind, und hydrophile (polare) Enden, die sich in Richtung der äußeren Umgebung befinden.

Somit sind die Köpfe der Phosphatgruppen von Phospholipiden an der Außenfläche der Membran freigelegt.

Denken Sie daran, dass sowohl die äußere als auch die innere Umgebung oder das Cytosol wässrig sind. Dies beeinflusst die Anordnung der Phospholipid-Doppelschicht, wobei ihre polaren Teile mit Wasser wechselwirken und ihre hydrophoben Teile die innere Matrix der Membran bilden.

Cholesterin

In der Membran eukaryotischer Tierzellen befinden sich Cholesterinmoleküle, die in die hydrophoben Schwänze von Phospholipiden eingebettet sind.

Diese Moleküle befinden sich nicht in den Membranen prokaryotischer Zellen, einiger Protisten, Pflanzen und Pilze.

Integrale Membran- oder Transmembranproteine

In die Phospholipid-Doppelschicht sind integrale Membranproteine ​​eingebettet.

Diese interagieren nichtkovalent durch ihre hydrophoben Teile mit der Lipiddoppelschicht und lokalisieren ihre hydrophilen Enden in Richtung des äußeren wässrigen Mediums.

Konfiguration von Membranproteinen

Sie können eine einfache stabförmige Konfiguration mit einer gefalteten hydrophoben Alpha-Helix aufweisen, die in das Membraninnere eingebettet ist, und mit hydrophilen Abschnitten, die sich zu den Seiten erstrecken.

Sie können auch eine größere Konfiguration aufweisen, einen globulären Typ und eine komplexe tertiäre oder quaternäre Struktur aufweisen.

Letztere durchqueren die Zellmembran normalerweise mehrmals, wobei ihre Segmente aus wiederholten Alpha-Helices im Zickzack durch die Lipiddoppelschicht angeordnet sind.

Poren in Membranen

Einige dieser globulären Proteine ​​haben hydrophile innere Teile, die Kanäle oder Poren bilden, durch die der Austausch polarer Substanzen von der Außenseite der Zelle zum Cytosol und umgekehrt erfolgt.

Peripheren Proteinen

Auf der Oberfläche der zytoplasmatischen Fläche der Zellmembran befinden sich periphere Membranproteine, die mit den hervorstehenden Teilen einiger integraler Proteine ​​verbunden sind.

Diese Proteine ​​dringen nicht in den hydrophoben Kern der Lipiddoppelschicht ein.

Kohlenhydratabdeckung

Auf beiden Oberflächen der Membran befinden sich Kohlenhydratmoleküle.

Insbesondere die äußere Oberfläche der Membran weist eine Fülle von Glykolipiden auf. Es wird auch gesehen, dass kurze Ketten von Kohlenhydraten exponierten und kovalent an hervorstehenden Proteinteilen, sogenannten Glykoproteinen, gebunden sind.

Zellmembranfluidität

Verhältnis von gesättigten zu ungesättigten Fettsäuren

Die Fließfähigkeit der Membran hängt hauptsächlich vom Verhältnis der vorhandenen gesättigten und ungesättigten Fettsäurephospholipide ab. Diese Membranfluidität nimmt ab, wenn der Anteil der Phospholipide der gesättigten Fettsäurekette gegenüber den ungesättigten zunimmt.

Dies liegt an der Tatsache, dass die Kohäsion zwischen den langen und einfachen Ketten gesättigter Fettsäuren höher ist als die Kohäsion zwischen den kurzen und ungesättigten Ketten ungesättigter Fettsäuren.

Je größer die Kohäsion zwischen seinen molekularen Komponenten ist, desto weniger Flüssigkeit wird die Membran präsentieren.

Cholesterin

Die Cholesterinmoleküle interagieren über ihre starren Ringe mit den Kohlenwasserstoffketten der Lipide, wodurch die Steifheit der Membran erhöht und deren Permeabilität verringert wird.

In den Membranen der meisten eukaryotischen Zellen, in denen eine relativ hohe Cholesterinkonzentration vorliegt, wird verhindert, dass sich die Kohlenstoffketten bei niedrigen Temperaturen binden. Dies sorgt für das Einfrieren der Membran bei niedrigen Temperaturen.

Besondere Merkmale

Die verschiedenen Arten von Zellmembranen weisen Besonderheiten in ihrer Menge und Art der Proteine ​​und Kohlenhydrate sowie in der Vielfalt der vorhandenen Lipide auf.

Diese Besonderheiten sind mit bestimmten zellulären Funktionen verbunden.

Es gibt nicht nur konstitutive Unterschiede zwischen den Membranen eukaryotischer und prokaryotischer Zellen sowie zwischen denen von Organellen, sondern auch zwischen Regionen derselben Membran.

Zellmembranfunktion

Allgemeines

Die Zellmembran begrenzt die Zelle und ermöglicht es ihr, einen stabilen Zustand im Cytosol aufrechtzuerhalten, der sich von dem der äußeren Umgebung unterscheidet. Dies geschieht durch die aktive und passive Regulierung des Durchgangs von Substanzen (Wasser, Ionen und Metaboliten) untereinander, wodurch das für die Zellfunktion notwendige elektrochemische Potential aufrechterhalten wird.

Es ermöglicht der Zelle auch, über chemische Rezeptoren auf der Membran auf Signale aus der äußeren Umgebung zu reagieren, und bietet Verankerungsstellen für die Filamente des Zytoskeletts.

Bei eukaryotischen Zellen ist es auch an der Bildung von inneren Kompartimenten und Organellen mit spezifischen Stoffwechselfunktionen beteiligt.

Funktion von Proteinen in der Membran

Es gibt verschiedene Membranproteine ​​mit spezifischen Funktionen, unter denen wir erwähnen können:

• Enzyme, die chemische Reaktionen katalysieren (beschleunigen),
• Membranrezeptoren, die an der Erkennung und Bindung von Signalmolekülen (wie Hormonen) beteiligt sind,
• Substanztransportproteine ​​durch die Membran (zum Cytosol und von dort zur Außenseite der Zelle). Diese halten dank des Ionentransports einen elektrochemischen Gradienten aufrecht.

Funktion der äußeren Kohlenhydratschale

Kohlenhydrate oder Glykolipide sind an der Adhäsion von Zellen aneinander und am Prozess der Erkennung und Wechselwirkung der Zellmembran mit Molekülen wie Antikörpern, Hormonen und Viren beteiligt.

Verweise

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