Die Zellmembran, die auch als Plasmamembran oder zytoplasmatische Membran bezeichnet wird, bezieht sich auf eine biologische Membran, die das Innere von dem Äußeren von Zellen trennt. Dies trägt dazu bei, die Zelle vor ihrer Umgebung zu schützen. Die Zellmembran besteht aus einer Lipiddoppelschicht, die Cholesterin enthält und zwischen Phospholipiden sitzt, um ihre Fließfähigkeit bei unterschiedlichen Temperaturen aufrechtzuerhalten. Die Zellmembran besteht auch aus Proteinen wie den peripheren und integralen Proteinen, die als Membrantransporter (integral) dienen. Einige Proteine sind lose an der peripheren (äußeren) Seite der Zellmembran befestigt und wirken als Enzyme, die die Zelle formen.
1. Zelle und Zellmembran
Die Zellmembran ist für die Steuerung der Bewegung von Substanzen in und aus Zellen und Organellen verantwortlich. Daher sind diese Membranen selektiv durchlässig für organische Moleküle und Ionen. Zellmembranen sind auch an mehreren zellulären Prozessen wie Zellsignalisierung, Ionenleitfähigkeit und Zelladhäsion beteiligt und dienen auch als Befestigungsoberflächen für verschiedene extrazelluläre Strukturen wie die Zellwand. Andere extrazelluläre Strukturen, die an der Zellmembran anhaften, sind die als Glykokalyx bekannte Kohlenhydratschicht und das als Zytoskelett bekannte intrazelluläre Netzwerk aus Proteinfasern.
2. Die Struktur einer Zellmembran
Zellmembranen bestehen aus verschiedenen biologischen Molekülen, hauptsächlich Proteinen und Lipiden . Die Zusammensetzung von Zellmembranen ist nicht festgelegt, sondern ändert sich ständig aufgrund von Fluidität sowie Änderungen in der Umgebung. Beispielsweise ändert sich der Cholesterinspiegel in der Zellmembran von primären menschlichen Neuronen, und diese Zusammensetzungsänderung beeinflusst die Fließfähigkeit während der gesamten Entwicklungsstadien.
Die wichtigsten Membran-Phospholipide und -Glykolipide sind Phosphatidylcholin, Phosphatidylethanolamin, Phosphatidylinositol und Phosphatidylserin. Die Zellmembran besteht aus drei Klassen amphipathischer Lipide:
Die jeweilige Menge hängt vom Zelltyp ab, aber in vielen Fällen sind Phospholipide am häufigsten vorhanden. In den meisten Fällen machen Phospholipide etwa 50 % aller Lipide in den Plasmamembranen aus, Glykolipide etwa 2 % und Sterole den Rest. Bei der Untersuchung der roten Blutkörperchen wurde festgestellt, dass 30 % der Plasmamembran aus Lipiden bestanden. In vielen eukaryotischen Zellen besteht die Zusammensetzung der Plasmamembran jedoch ungefähr zur Hälfte aus Lipiden und zur Hälfte aus Proteinen, bezogen auf das Gewicht.
Die Länge sowie der Ungesättigtheitsgrad der Fettsäureketten beeinflussen die Fluidität der Membran. Ungesättigte Lipide verhindern, dass Fettsäuren zusammengepackt werden, wodurch die Schmelztemperatur gesenkt und die Fluidität einer Membran erhöht wird.
Die Fähigkeit einiger Organismen, die Fluidität ihrer Zellmembranen durch Veränderung der Lipidzusammensetzung zu regulieren, wird als homöoviske Adaptation bezeichnet.
Plasmamembranen enthalten auch Kohlenhydrate, überwiegend Glykoproteine. Kohlenhydrate spielen eine Rolle bei der Zell-Zell-Erkennung in Eukaryoten. Sie befinden sich auf der Oberfläche der Zelle, um Wirtszellen zu erkennen und Informationen auszutauschen.
Die Proteine in der Zellmembran können in drei Typen eingeteilt werden; integrale Proteine, lipidverankerte Proteine und periphere Proteine. Integrale Proteine umfassen Ionenkanäle, Protonenpumpen und G-Protein-gekoppelte Rezeptoren. Diese Proteine werden auch als Transmembranproteine bezeichnet.
Die Lipid-verankerten Proteine schließen die G-Proteine ein.
Zu den peripheren Proteinen gehören einige Enzyme und einige Hormone.
Die Zellmembran hat einen sehr großen Gehalt an Proteinen, etwa 50 % des Membranvolumens. Diese Proteine sind für mehrere biologische Aktivitäten verantwortlich.
