Celmembraan

definitie

Cellen zijn de kleinste, samenhangende eenheden waaruit organen en weefsels bestaan. Elke cel is omgeven door een celmembraan, een barrière die bestaat uit een speciale dubbele laag vetdeeltjes, de zogenaamde lipide dubbellaag. Lipidedubbellagen kunnen worden voorgesteld als twee vetfilms die op elkaar zijn gestapeld, die vanwege hun chemische eigenschappen niet van elkaar kunnen scheiden en zo een zeer stabiele eenheid vormen. Celmembranen vervullen veel verschillende functies: ze worden gebruikt voor communicatie, bescherming en als controlestation voor cellen.

Welke verschillende celmembranen zijn er?

Niet alleen de cel zelf is omgeven door een membraan, maar ook de celorganellen. Celorganellen zijn kleine, door membranen afgebakende gebieden binnen de cel, die elk hun eigen taak hebben. Ze verschillen in hun eiwitten, die worden opgeslagen in de membranen en fungeren als transporteurs voor stoffen die over het membraan moeten worden getransporteerd.

Het binnenste mitochondriale membraan is een speciale vorm van het celmembraan Mitochondriën zijn organellen die belangrijk zijn voor de energieproductie van de cel. Ze werden pas later in de evolutie in de menselijke cel opgenomen. Daarom hebben ze twee lipide dubbellaagse membranen. De buitenste is de klassieke menselijke, de binnenste het membraan dat specifiek is voor het mitochondrion. Het bevat cardiolipine, een vetzuur dat in de vetfilm is ingebouwd en alleen in het binnenmembraan kan worden aangetroffen en geen ander.

Het menselijk lichaam bevat alleen cellen die zijn omgeven door een celmembraan. Er zijn echter ook cellen, zoals bacteriën, die ook omgeven zijn door een celwand. De termen celwand en celmembraan kunnen daarom niet als synoniemen worden gebruikt. Celwanden zijn beduidend dikker en stabiliseren ook het celmembraan. Celwanden zijn niet nodig in het menselijk lichaam, omdat veel individuele cellen kunnen samenkomen om sterke associaties te vormen. Bacteriën daarentegen zijn eencellige cellen, d.w.z. ze bestaan ​​maar uit één enkele cel, die significant zwakker zou zijn zonder de celwand.

Lees meer over het onderwerp op: bacteriën

Structuur van het celmembraan

Celmembranen scheiden verschillende gebieden van elkaar. Om dit te doen, moeten ze aan veel verschillende eisen voldoen: Ten eerste zijn celmembranen opgebouwd uit een dubbele laag van twee vetfilms, die op hun beurt weer zijn samengesteld uit individuele vetzuren. De vetzuren bestaan ​​uit een in water oplosbare, hydrofiel Hoofd en van een in water onoplosbare, hydrofoob Staart. De koppen hechten zich in één vlak aan elkaar vast, zodat de massa staarten allemaal in één richting wijst. Aan de andere kant hoopt een andere reeks vetzuren zich op in hetzelfde patroon. Hierdoor ontstaat de dubbele laag, die aan de buitenkant wordt begrensd door de koppen en op deze manier één binnenkant hydrofoob Er ontstaat een gebied, d.w.z. een gebied waarin geen water kan binnendringen.

Afhankelijk van uit welke moleculen de kop van een vetzuur bestaat, hebben ze verschillende namen en verschillende eigenschappen, maar deze spelen slechts een ondergeschikte rol. Vetzuren kunnen onverzadigd of verzadigd zijn, afhankelijk van de staart en de chemische structuur. Onverzadigde vetzuren zijn beduidend stijver en veroorzaken een afname van de vloeibaarheid van het membraan, terwijl verzadigde vetzuren de vloeibaarheid verhogen. De vloeibaarheid is een maat voor de mobiliteit en vervormbaarheid van de lipidedubbellaag. Afhankelijk van de taak en conditie van de cel, zijn verschillende graden van mobiliteit en stijfheid vereist, die kunnen worden bereikt door de extra opname van het ene of het andere type vetzuur.

Bovendien kan cholesterol in het membraan worden ingebouwd, wat de vloeibaarheid enorm verlaagt en zo het membraan stabiliseert. Door deze structuur kunnen alleen zeer kleine, in water onoplosbare stoffen het membraan gemakkelijk overwinnen.

Omdat echter aanzienlijk grotere en in water onoplosbare stoffen het membraan moeten passeren om in of uit de cel te worden getransporteerd, zijn transporteiwitten en -kanalen noodzakelijk. Deze worden opgeslagen in het membraan tussen de vetzuren. Aangezien deze kanalen voor sommige moleculen begaanbaar zijn en voor andere niet, spreekt men van één Semi-permeabiliteit het celmembraan, d.w.z. een gedeeltelijke permeabiliteit.

De laatste bouwsteen van het celmembraan zijn receptoren. Receptoren zijn ook grote eiwitten die meestal in de cel zelf worden aangemaakt en vervolgens in het membraan worden ingebouwd. U kunt ze volledig overspannen of alleen aan de buitenkant worden ondersteund. Door hun chemische structuur blijven de transporters, kanalen en receptoren stevig in en op het membraan en zijn ze er niet gemakkelijk van los te maken. Ze kunnen echter lateraal naar verschillende locaties binnen het membraan worden verplaatst, afhankelijk van waar ze nodig zijn.

Ten slotte kunnen er technisch gezien nog suikerketens aan de buitenkant van het celmembraan zitten Glycocalyx gebeld. Ze vormen bijvoorbeeld de basis van het bloedgroepensysteem. Omdat het celmembraan uit zoveel verschillende bouwstenen bestaat die ook precies op locatie kunnen variëren, wordt het ook wel het vloeibare mozaïekmodel genoemd.

Lees meer over het onderwerp op: Bloedgroepen

Celmembraan dikte

Celmembranen zijn ongeveer 7 nm dik, d.w.z. extreem dun, maar nog steeds robuust en onoverkomelijk voor de meeste stoffen. De kopgebieden zijn elk ongeveer 2 nm dik, tijdens de hydrofoob Het staartgebied is 3 nm breed. Deze waarde varieert nauwelijks tussen de verschillende soorten cellen in het menselijk lichaam.

Wat zijn de componenten van het celmembraan?

In feite bestaat het celmembraan uit een dubbele laag van fosfolipiden. Fosfolipiden zijn bouwstenen die bestaan ​​uit een waterminnende, d.w.z. hydrofiele kop en een staart, die wordt gevormd door twee vetzuren. Het deel dat uit vetzuren bestaat, is hydrofoob, wat betekent dat het water afstoot.
In de dubbele laag fosfolipiden wijzen de hydrofobe componenten naar elkaar toe. De hydrofiele delen wijzen naar de buitenkant en binnenkant van de cel. Door deze structuur van het membraan kunnen twee waterige omgevingen van elkaar worden gescheiden.

Het celmembraan bevat ook sfingolipiden en cholesterol. Deze stoffen regelen de structuur en vloeibaarheid van het celmembraan. Vloeibaarheid is een maatstaf voor hoe goed eiwitten kunnen bewegen in het celmembraan. Hoe hoger de vloeibaarheid van een celmembraan, hoe gemakkelijker het is voor eiwitten om erin te bewegen.

Bovendien zitten er veel verschillende eiwitten in het celmembraan. Deze eiwitten worden gebruikt om stoffen door het membraan te transporteren of om te interageren met de omgeving. Deze interactie kan worden bereikt door een directe binding tussen naburige cellen of door boodschappersubstanties die zich binden aan de membraaneiwitten.

Het volgende onderwerp kan ook interessant voor u zijn: Celplasma in het menselijk lichaam

Fosfolipiden in het celmembraan

Fosfolipiden zijn het hoofdbestanddeel van het celmembraan. Fosfolipiden zijn amfifiel. Dit betekent dat ze bestaan ​​uit een hydrofiel en een hydrofoob deel. Deze eigenschap van de fosfolipiden maakt het mogelijk het inwendige van de cel te scheiden van de omgeving.

Er zijn verschillende vormen van fosfolipiden. De hydrofiele ruggengraat van de fosfolipiden bestaat uit glycerine of sfingosine. Beide vormen hebben gemeen dat aan de basisstructuur twee hydrofobe koolwaterstofketens zijn bevestigd.

Cholesterol in het celmembraan

Cholesterol zit in het celmembraan om de vloeibaarheid te helpen reguleren. Een constante vloeibaarheid is erg belangrijk om de transportprocessen van het celmembraan in stand te houden. Bij hoge temperaturen neigt het celmembraan te vloeibaar te worden. De bindingen tussen de fosfolipiden, die onder normale omstandigheden al zwak zijn, zijn zelfs nog zwakker bij hoge temperaturen. Door zijn stijve structuur helpt cholesterol om een ​​bepaalde sterkte te behouden.

Bij lage temperaturen ziet het er anders uit. Hier kan het membraan te strak worden. Fosfolipiden, die verzadigde vetzuren als hydrofobe component hebben, worden bijzonder solide. Dit betekent dat de fosfolipiden heel dicht bij elkaar kunnen liggen. In dit geval veroorzaakt cholesterol dat is opgeslagen in het celmembraan een verhoogde vloeibaarheid, aangezien cholesterol een stijve ringstructuur bevat en dus als een afstandhouder fungeert.

Gedetailleerde informatie over het onderwerp "cholesterol" vindt u op:

• LDL - "lipoproteïne met lage dichtheid"
• HDL - "lipoproteïne met hoge dichtheid"
• Cholesterolesterase - Daar is het belangrijk voor

Functies van het celmembraan

Zoals de complexe structuur van celmembranen suggereert, moeten ze veel verschillende functies vervullen, die sterk kunnen variëren afhankelijk van het type en de locatie van de cel. Enerzijds vormen membranen over het algemeen een barrière, een functie die niet mag worden onderschat. In ons lichaam vinden op elk moment ontelbare reacties parallel plaats. Als ze allemaal in dezelfde ruimte zouden plaatsvinden, zouden ze elkaar sterk beïnvloeden en zelfs opheffen. Een gereguleerd metabolismeproces zou niet mogelijk zijn en de mens zoals ze bestaan ​​en functioneren als geheel zou ondenkbaar zijn.

Ze dienen tevens als transportmedium voor een grote verscheidenheid aan stoffen die door middel van transporteurs over het membraan worden getransporteerd. Om als orgaan te kunnen samenwerken, moeten de individuele cellen via hun membranen in contact staan. Dit wordt bereikt door verschillende verbindende eiwitten en receptoren. Cellen kunnen de receptoren gebruiken om elkaar te identificeren, met elkaar te communiceren en informatie uit te wisselen. Bijv. de glycocalyx als een van de vele onderscheidende kenmerken tussen lichaamseigen en lichaamsvreemde cellen. Receptoren zijn eiwitten die signalen van buiten de cel oppikken en deze doorgeven aan de celkern en dus aan het 'brein' van de cel. Afhankelijk van de chemische eigenschappen van het chemische deeltje dat aan de receptor is gekoppeld, bevindt het zich aan de buitenkant van de cel, in de cel of in het celmembraan.

Maar cellen kunnen zelf ook informatie overbrengen. De meest bekende van ons lichaam zijn de zenuwcellen. Om hun functie te kunnen uitoefenen, moeten hun membranen elektrische signalen kunnen geleiden. Elektrische signalen ontstaan ​​door verschillende ladingen binnen en buiten de cellen. Dit verschil in lading, ook wel de gradiënt genoemd, moet worden gehandhaafd. Men spreekt in deze context van een membraanpotentiaal. Celmembranen scheiden de verschillend geladen gebieden van elkaar, maar bevatten tegelijkertijd kanalen die een korte omkering van de ladingsverhoudingen mogelijk maken, zodat de werkelijke stroom en dus de informatie die moet worden doorgegeven, kan stromen. Dit fenomeen wordt ook wel actiepotentiaal genoemd.

Lees meer over het onderwerp op: Zenuwcel

Transportprocessen in het celmembraan

Het celmembraan als zodanig is ondoordringbaar voor grotere moleculen en ionen. Om een ​​uitwisseling tussen het celbinnenland en de omgeving te laten plaatsvinden, zijn er eiwitten in het celmembraan die verschillende moleculen de cel in en uit transporteren.

Bij deze eiwitten wordt onderscheid gemaakt tussen kanalen waardoor een stof passief de cel in of uit gaat langs het concentratieverschil. Andere eiwitten moeten energie opwekken om actief stoffen door het celmembraan te transporteren.

Een andere belangrijke vorm van transport zijn de blaasjes. Blaasjes zijn kleine belletjes die van het celmembraan worden afgeknepen. Stoffen die in de cel worden geproduceerd, kunnen via deze blaasjes in het milieu terechtkomen. Daarnaast kunnen ook stoffen uit de celomgeving worden verwijderd.

Verschillen met het celmembraan van bacteriën - penicilline

Het celmembraan van bacteriën verschilt nauwelijks van dat van het menselijk lichaam. Het grote verschil tussen cellen ligt in de extra celwand van de bacteriën. De celwand hecht zich aan de buitenkant van het celmembraan en stabiliseert en beschermt zo de bacterie, die zonder haar kwetsbaar zou zijn. ze is weg Murein, een speciaal suikerdeeltje, waarin andere eiwitten kunnen worden opgenomen, zoals de Voortbeweging en voortplanting dienen. penicilline kan de synthese van de celwand verstoren en werkt dus bacteriedodend, dat wil zeggen, het doodt de bacterie. Op deze manier is een gerichte actie tegen ziekteverwekkende bacteriën mogelijk zonder tegelijkertijd de eigen lichaamscellen te vernietigen.