Biomembran und Kompartimentierung

Die Zellmembran erfüllt zwei wichtige Funktionen. Zum einen bildet sie eine Barriere, die die wichtige Abgrenzung nach "außen" übernimmt, zum Anderen sorgt sie über Proteine für Austausch.

1. Barriere

= Lipiddoppelschicht bildet einen Schutzwall gegen die wässrige Umgebung "draussen" oder "drinnen" als Abgrenzung gegen ein anderes Zellkompartiment. Die Lipiddoppelschicht besteht aus sogennanten Phospholipiden. Daher übrigens der Name: Phospholipidmembran. Phospholipide bestehen aus, Glycerin, zwei Fettsäuren und einem dritten Substituenten mit einer Phosphatgruppe bestehen. Dies können z.B. Lecithin oder Sphingosin sein.

Warum eine Doppelschicht?

Gibt man einen Tropfen Öl in Wasser, sieht man das hydrophobe Öl auf dem Wasser schwimmen. "Fettaugen" in der Suppe beschreiben die Form recht gut. Die Abgrenzung zwischen Fett und Wasser wird deutlich sichtbar. Messungen in den 1920ziger Jahren ergaben, dass die Phospholipide, die ein rotes Blutkörperchen umschließen in einer Anzahl vorhanden sind, die ein doppeltes Umhüllen der Erythrozyten zulassen. So entstand die Idee einer Doppelmembran.  Phospholipide besitzen zwei unterschiedliche Seiten, bzw. Enden mit unterschiedlichen Vorlieben. So sind Glycerin und Phosphatgruppe polar und hydrophil (wasserliebend). Die Fettsäuren hingegen sind unpolar und hydrophob (wassermeidend) oder anders formuliert lipophil (fettliebend). Die Eigenschaft sowohl fett- als auch wasserliebend zu sein, wird als amphiphil bezeichnet.

Eine zweite Besonderheit: Membranen bilden nie freie Enden. So kann ein Teil der Membran nur als Bläschen (Vesikel) abgetrennt werden. Ebenso können Membranen gleicher Bauart problemlos fusionieren.

Die Lipid-Doppelschicht ist relativ dicht. Nur sehr kleine und lipophile Moleküle wie CO₂, Ethanol oder Harnstoff können ungehindert in jede Zelle eindringen. Das heißt die Phospholipidmembran bietet kaum Möglichkeit für den Austausch von Stoffen oder zur Zell-Zell-Interaktion bzw. Wechselwirkung zwischen Lebewesen. Diese Erkenntnis findet auch in der Medizin Anwendung: Mit Medikamenten angefüllte Vesikel können diese Wirkstoffe durch Fusion mit der Zellmembran in die Zelle einschleußen.

2. Kommunikation & Austausch

Funktion und Aktivität ist immer mit dem Funktionsträger Protein verknüpft. So auch innerhalb der Zellmembran. Während die amphiphilen Phospholipide für eine dichte Abgrenzung von Innen und Aussen sorgen, zeigen die Membranproteine vielfältige Möglichkeiten Stoff- und Informationstransport wahrzunehmen.