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Membranen (3a)

Biochemie

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Membrane

Funktionen�Abgrenzung der Zelle nach außen hin� schaffen geeignete Voraussetzungen für einzelne enzymatische Reaktionen�Signalübertragung� tragen Signalstrukturen für die Kommunikation mit anderen Zellen�Strukturierung des Zellinneren (Kompartimente)

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Membrane

Gemeinsame Merkmale biologischer Membranen� blattartige Strukturen, die geschlossene Grenzen zwischen Kompartimenten unterschiedlicher Zusammensetzung bilden; Dicke: 6-10nm;� bestehen hauptsächlich aus Lipidenund Proteinen;können auch Kohlenhydrateenthalten;

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Membrane

Gemeinsame Merkmale biologischer Membranen�Membranlipide sind relativ kleine Molekülemit einem hydrophilen und einem hydrophoben Anteil; spontane Bildung von Lipiddoppelschichtenin wäßrigem Medien;� spezifische Proteine vermitteln spezifische Membranfunktionen;

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Membrane

Gemeinsame Merkmale biologischer Membranen�Membranen sind nichtkovalente Molekülanordnungen;�Membranen sind asymmetrisch;�Membranen sind „flüssige“ Strukturen;

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Chloroplastenmembranen

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Membranlipide

in tierischen Zellen vorwiegend Phospholipide, Glycolipide und Cholesterol

dipolartige Struktur mit hydrophilen Kopf und hydrophobem Schwanz

wasserunlöslich; bilden spontan LipiddoppelschichtenLipidzusammensetzung ist für jeden Zelltyp

charakteristischCholesterin macht Membran rigider, aber auch fluider

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Membranlipide

Micelle Lipiddoppel-schicht

Vesikel

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Vesikelpräparation

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Membranproteine

Verhältnis Protein/Lipid normalerweise 1 (bei hochfunktionellen Membranen fast 4)

Periphere Membranproteine Integrale Membranproteine

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Membranproteine

Gefrierbruchelektronen-mikroskopie

a,b,c: integrale Membranproteined,e: periphere Membranproteine

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Das Flüssigmosaikmodell

Membranen sind zweidimensionale Lösungen gerichteter globulärer Proteine und Lipide

Charakteristika des Modells:1. Lipiddoppelschicht hat zwei Aufgaben: Lösungsmittel für integrale Membranproteine und Permeabilitätsbarriere

2. spezifische Wechselwirkung eines kleinen Teils der Membran-lipide mit bestimmten Membranproteinen3. ungehinderte laterale Diffusion der Membranproteine, wenn nicht durch spezifische Wechselwirkung unterbunden; aber kein flip-flop;

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Das Flüssigmosaikmodell

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Kohlenhydrate

asymmetrisch verteiltGlycolipide oder Glycoproteineverleihen Zelle Individualität

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Biogenese von Membranen

grundsätzlich: Membranen entstehen aus Membranen (Selbstorganisation)

Membranlipide werden am ER synthetisiertTransport der Lipide durch Proteine oder VesikelMembranproteine werden am rER synthetisiertChaperone helfen bei Entfaltung und Rückfaltung

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Membranpermeabilität

Membranen sind für polare, wasserlösliche Moleküle undurchlässig

Nur kleine ungeladene Moleküle können die Membran passieren (z.B. O2, N2, CO2, NH3, Harnstoff, Glycerol,...)

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Membranpermeabilität

Membranen sind trotz geringen Durchmessers (6-10 nm) sehr gute Isolatoren (elektrischer Widerstand beträgt ca. 109 Ohm/cm2)

lipophile Fremdstoffe (z.B. Narkotika, Ethanol, Antibiotika,...) können durch Membran durchdiffundieren

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Membrantransport

Regulation des ZellvolumensKonstanthalten des intrazellulären pH-Wertes und der

intrazellulären Ionen-konzentrationAufnahme von Nährstoffen, Ausscheidung von

AbbauproduktenAufbau eines Ionengradienten

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Membrantransport

einfache Diffusion (siehe Membran-permeabilität)passiver Transport oder erleichterte Diffusion (Transport

mit Konzentrations-gradienten)Ionen, Aminosäuren, Zucker,...

aktiver Transport (energieabhängig; entgegen einem Konzentrationsgradienten)Energielieferant fast immer ATP;

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Membrantransport