Biomembran Flashcards
Was sind die Funktionen einer Biomembran?
- Abgrenzung
- Verformbarkeit/Flexibilität
- Regulierung des Stoffaustauschs
- Aufteilung
- Schutz vor nachteiligen Umwelteinflüssen
Wo kommen Biomembranen überall vor?
- Eukaryoten
- Prokaryoten
- Pflanzenzellen
- Vakuolen
- Membranen der Zellorganellen
Was für einen Prozentuallen Anteil macht die Biomembran bei der Trockenmasse von Zellen aus?
60-90% der Trockenmasse einer Zellen sind die Biomembranen
Definiere lipophil
fettliebend
Definiere lipophob
fettabstoßend
Definiere hydrophil
wasserliebend
Definiere hydrophob
wasserabstoßend
Definiere polar
Es ist eine Ladung enthalten
Definere unpolar
Es ist keine Ladung enthalten
Aus welchem Lipid ist die Biomembran aufgebaut und beschreibe dessen Aufbau?
Phospholipid
- polarer hydrophiler Kopf
- unpolarer, hydrophober Schwanz
Erkläre wie eine Micelle aufgebaut ist (wie sind die Phospholipidmoleküle angerichtet)
- Hydrophiler Kopf nach außen gerichtet
- hydrophober Schwanz nach innen gerichtet
Erkläre wie ein Liposom aufgebaut ist (wie sind die Phosopholipidmoleküle angerichtet)
- Hydrophiler Kopf ist nach außen gerichtet
- hydrophober Schwanz nach innen gerichet
- Dem lipophilen Schwanz steht ein anderes lipohiles Ende eines Phospholipidmoleküls
- Dadurch entsteht in der Mitte ein mit Wasser gefüllter Bereich
Wie sind die Membranlipidmoleküle, die die chemischen Eigenschaften der Lipide beschreiben und den Membranaufbau erklären, aufgebaut?
Amphipathische Eigenschaft
Kopfregion
- polar (polarität führt zu hydrophilie)
- je nach Typ besteht es aus Glycerin, Cholin und Phosphorsäure
Schwanzregion
- besteht aus zwei lang gestreckten, ungeladenen (= unpolar) Kohlenwasserstoffketten
Erkläre was Phospholipide sind
Membranlipide mit Phosphorsäure als Molekülbaustein
- der häufigste Typ der Membranlipide
Können sich die Membranlipide bewegen?
- Zwischen den Membranlipidmolekülen herrschen nur schwache Wechselwirkungen (= Beeinflussung)
- Der Zusammenhalt der Wassermoleküle in der Umgebung stabilisiert die Struktur der Biomembran
- Die einzelnen Membranlipide können sich hierdurch innerhalb der Membran seitlich bewegen
Erkläre was Transmembranproteine sind
Dies sind Membranproteine, die durch die gesamte Membran reichen.
Erkläre was integrale Membranproteine sind
Membranproteine, die nur in eine oder beide Lipidschichten hineinreichen.
- Die Transmembranproteine werden auch unter diesem Namen geführt
Erkläre was periphere Membranproteine sind
Dies sind Membranproteinmoleküle, die der Membran nur aufliegen
Was sind die Funktionen der Transmembranproteine?
- Bildung von Transporttunneln, die einen Stoffaustausch zwischen den Kompartimenten ermöglichen
Was sind die Funktionen der peripheren Membranproteinen?
- Zuständig für den Kontakt zu anderen Zellen
Was sind Glykoproteine/Glykolipide und welche Aufgabe haben sie?
- Sie sind Kohlenhydrate und wichtige Strukturen in der Zell-Zell-Erkennnung
- Sie können mit Membranproteinen als auch mit Membranlipiden verbunden sein
Wie findet die Anordnung der Membranproteine statt?
- Sie erfolgt wie bei den Membranlipiden
- die polaren Molekülregionen richten sich zum Wasser aus
- die unpoleren Molekülregionen richten sich zur inneren, hydrophoben Schicht der Biomembran
- Sie können sich seitlich bewegen, da sie nicht fest verbunden sind
Was ist das Fluid-Mosaik-Modell?
Es ist ein molekulares Modell, das die Struktur von Biomembranen beschreibt. Biomembranen bestehen aus einer flüssigen Phospholipid-Doppelschicht, in der sich sowohl die Phospholipidmoleküle, als auch die darin eingebetteten Proteine lateral (= seitlich) bewegen können
Wie kamen Davson und Danielli auf das Sandwich-Modell?
Sie fanden heraus, dass die Oberflächenspannung von einer künstlichen Lipid-Doppelschicht höher war als die einer echten Membran
= andere Moleküle müssen am Aufbau beteiligt sein, die die Oberflächenspannung herabsetzten
(Vermutung = auf beiden Seiten der Lipid-Doppelschicht befindet sich eine Schicht Protein-Moleküle)
Erkläre wie das Sandwich-Modell den Aufbau der Biomembran beschreibt
- Protein-Moleküle sitzten wie Blöcke auf den polaren Bereichen der Membranlipide und bilden schwache chemische Bindungen (H-Brücken, elektrostatische Wechselwirkungen).
- Später wurden Transmembranproteine (Proteinkanal) implementiert, da vor allem die Durchlässigkeit von verschiedenen Stoffen nicht erklärt werden konnte
Was ist das Bilayer Modell?
Phospholipide mit hydrophilen Gruppen sind als Doppelschicht in der Membran so angeordnet, dass die hydrophilen Gruppen der Lipide jeweils nach außen zeigen, die hydrophoben in das Innere der Doppelschicht
Welche Moleküle können einfach und welche nur sehr schwer durch die Biomembran diffundieren?
- Je größer und hydrophiler Teilchen sind, umso stärker wirkt die Membran als unpassierte Barriere
- Lipophile Moleküle können relativ unabhängig von ihrer Größe durch die Membran hindurchtreten
Wie unterscheiden sich verschiedene Membran-Typen?
Durch ihre Permeabilitätseigenschaften (durchgehen; passieren) und damit ihrer Selektivität bezüglich bestimmter Substanzen
Nenne die 5 Transportwege der Membran
- einfache Diffusion (passiv)
- kanalvermittelte Diffusion (passiv)
- gesteuerter Ionenkanal (passiv)
- carriervermittelte Diffusion (passiv)
- aktiver Transport durch den Kanal (aktiv)
wie unterscheidet sich ein passiver von einem aktiven Transport?
Ein passiver Transport ist ein ohne Energiezufuhr ablaufender Transportvorgang an der Biomembran. Entlang des Konzentrations- oder elektrochemischen Gradienten können Moleküle und Ionen ins Zellinnere oder Zelläußere gelangen.
Beim aktiven muss Energie hinzugefügt werden.
Erkläre was die einfache Diffusion als Transportmechanismus ist
- Hier können bestimmte Moleküle die Membran einfach so durchqueren und benötigen keine fremde Hilfe (= die einfachste Art des passiven Transports)
- Allerdings nur sehr kleine, unpolare und fettlösliche Moleküle sowie Gase
- Die Teilchen bewegen sich in Richtung niedriger Konzentration (entlang des Konzentrationsgefälle)
Warum funktioniert der passive Transport?
Da keine Energie hinzugefügt wird, muss eine andere Kraft wirken, das Konzentrationsgefälle/Konzentrationsgradient.
Durch die Diffusion können bestimmte Moleküle einfach mit ihrem Gefälle die Membran passieren.
Das Konzentrationsgefälle entsteht durch die Ungleichverteilung der Teilchen.
Durch die brownsche Molekularbewegung entsteht ein Teilchenstrom (hohe Konzentration zu niedriger).
Erkläre die Kanalvermittelte Diffusion als Transportmechanismus
- Hier durchqueren bestimmte Moleküle die Membran mithilfe von Kanalproteinen
- Hier sind die Moleküle größer und polar geladen
- Die Transportrichtung orientiert sich hier an der niedrigeren Konzentration (am Konzentrationsgefälle).
Erkläre die carriervermittelte Diffusion als Transportmechanismus
- Beschreibt den Transportvorgang mithilfe von Transportproteinen (sie befinden sich in der Biomembran)
- Jedes Membranprotein ist auf ein bestimmtes Molekül spezialisiert
- Kann in beide Richtung erfolgen (am Konzentrationsgefälle)
Beim Carrier-Transport laufen diese Schritte ab:
- Schlüssel-Schloss-Prinzip andocken
- Formänderung des Carrier-Proteins (Konformationsänderung)
- Molekül wird durch das Protein auf die andere Seite befördert
- Auf der anderen Seite löst sich das Molekül von dem Protein
Erkläre den gesteuerten Ionenkanal als Transportmechanismus
Hier wird die Diffusion erst durch das Andocken eines Moleküls oder einer Spannungsänderung ermöglicht.
Wenn dann die Konzentration ausgeglichen ist oder ein anderes Signal ausgesendet wird, schließen sich die Kanäle.
Welche drei Arten der Carriervermittelnden Diffusion gibt es und erkläre diese?
Symport (Co-Transport)
- Das Protein ist in der Lage, zwei Moleküle zur selben Zeit zu binden. Allerdings können beide Moleküle nur in dieselbe Richtung transportiert werden
Antiport (Co-Transport)
- Das Protein ist in der Lage, zwei Moleküle zur selben Zeit zu binden. Allerdings können hier beide Moleküle nur in entgegengesetzte Richtungen übertragen werden
Uniport
- Hier kann maximal ein Molekül gleichzeitig gebunden werden. Sie transportieren also nur in eine Richtung.
Erklären den aktiven Transport als Transportmechanismus
- Ein aktiver Transport ist ein unter Energieverbrauch ablaufender Transportvorgang an der Biomembran. Entgegen des Konzentrations- oder elektrochemischen Gradienten können Moleküle und Ionen ins Zellinnere oder Zelläußere gelangen.
- Drei Arten: primär, sekundär und teritär
- Zwei Vorraussetzungen: semipermeabele Membran und ausreichend Energie
Nenne und erkläre die drei Arten wie Energie für den ativen Transport produziert wird
Chemische Bindungsenergie (primär): Durch die Spaltung (Hydrolyse) von ATP wird Energie freigesetzt, die genutzt werden kann (es wird Phosphat abgespalten)
Abbau eines Ladungsgradienten (sekundär): Durch den Abbau des Ladungsunterschieds wird nutzbare (elektrische-) Energie abgegeben
Abbau des Konzentrationsgradienten (teritär): Durch die Erhöhung der Entropie, also die Verminderung des Konzentrationsunterschieds, wird verwertbare Energie freigesetzt
Erkläre den primären aktiven Transport
- Die entsprechenden Transportproteine funktionieren nur, wenn eine ATP-Molekül gebunden ist.
- Dann spaltet sich das ATP zu ADP (Adenosintriphosphat) und einem anorganischen Phosphat.
- Mit der dabei entstehenden Energie können bestimmte Ionen gegen ihre Konzentrationsgefälle durch die Membran gelangen
- Zum Beispiel Natrium-Kalium-Pumpe
Erklären den sekundären aktiven Transport
- ATP wird nicht direkt verbraucht
- nutzt Gradient von primären Transport als Energiequelle (Energie eines bereits bestehenden Konzentrationsgefälle). Durch den Abbau des Konzentrations- bzw. Ladungsgefälle entsteht letztendlich die Energie
- Ionen wandern mit ihrem Konzentrationsgefälle durch die Biomembran, um gleichzeitig andere Moleküle gegen deren Konzentrationsgefälle zu transportieren
Erkläre den teritären aktiven Transport
- Verwendet ebenfalls die Energie, die durch den Abbau eines Konzentrations- bzw. Ladungsgefälles entsteht
- Funktioniert wie der sekundär aktive Transort nur, dass es auf dem Konzentrationsgefälle des sekundären und nicht primären aktiven Transport aufbaut
Wofür ist Cholesterin in der Biomembran zuständig?
Cholesterin festigt und lockert also die Membran, je nach Temperatur und Anforderung. Die tatsächliche Wirkung von Cholesterol auf die Membranfluidität ist also temperaturabhängig. Bei niedrigen Temperaturen steigert Cholesterol die Membranfluidität, bei hohen Temperaturen senkt Cholesterol die Membranfluidität.
Erkläre das Ping-Pong-Modell
- Es beschreibt den Carriertransport
- Im Zustand Ping sind die Bindungsstellen zur Zellaußenseite hin geöffnet. Durch Anlagerung des zu transportierenden Moleküls ändert sich die Konformation (Form) des Proteins.
- Im Zustand “Pong” sind die Bindungsstellen zur Zellinnenseite hin geöffnet.
- Es folgt dem Konzentrationsgefälle
