Biomembran
Vorüberlegungen:
Eine Membran muss: 1) innerhalb der Zelle Kompartimente mit wässrigem Inhalt voneinander trennen.
2) bestimmte Stoffe selektiv durchlassen, andere abhalten.(= semipermeabel)
3) bestimmte Stoffe aktiv "durchpumpen" d.h. einseitig anreichern.
4) beweglich, elastisch, "mitwachsend", "abschnürbar" sein. (siehe Zellteilung,   Vesikelabschnürung, Phagocytose..)
5) als Zellgrenze mit Botenstoffen kommunizieren können. (z.B. auf  Hormone, Transmitter  reagieren können.)
6) als Zellgrenze fremde Zellen, Viren... ( = "nicht selbst") von eigenen Zellen (= "selbst")  unterscheiden können.
Folgerungen:
  zu 1) Die Membranmoleküle müssen einen "wasserabweisenden"," fettähnlichen"  d.h. lipophilen Molekülteil besitzen und einen "wasserfreundlichen" d.h. hydrophilen Molekülteil.
   zu 2 +3) In diese Membranmoleküle müssen "tunnelartige" Moleküle eingebettet sein.
   zu 4) Die Membranmoleküle bilden keine feste "Haut", sondern umgeben das wässrige Plasma wie ein "Fettfilm" oder "Seifenblasenhaut".
  zu 5) Auf der Außenseite der Membran müssen spezifische Moleküle sitzen, die wie "Antennen" oder "Schlösser" bestimmte "Schlüssel"moleküle binden.
  zu 6) Die Membranoberfläche muss spezifische Erkennungsmoleküle aufweisen.
Experimentelle Befunde:
  • Die Analyse elektronenmikroskopischer Bilder von Biomembranen ergibt eine Doppellinie d.h. der Aufbau ist dreischichtig: Zwei "Außenlagen" und eine "Zwischenlage".  
  • Fett lösende Detergentien ("Seifen") lösen Membranen auf.
  • durch Detergentien zerstörte Biomembranen, deren Moleküle an der Wasseroberfläche schwimmen, benötigen die doppelte Fläche.  
  • Chemisch bestehen Membranen etwa zur Hälfte aus fettähnlichen "wasserfeindlichen" = lipophilen Substanzen (= Lipide) und "wasserfreundlichen" = hydrophilen Proteinen.               
Das besondere an den Membranlipid-Molekülen ist ihr Aufbau aus hydrophilem "Kopf" und lipophilem "Schwanz". Dadurch bilden sich in Wasser zweischichtige Molekülfilme=Doppellipid-Schicht oder kugelförmige Micellen, die wässrige Kompartimente voneinander trennen können.

Mosaik-Modell

Micelle, räumlich dargestellt

ERGEBNIS:  DAS DOPPELLIPID-MODELL  (Singer & Nicolson 1972)( fluid-mosaic-Modell)
Abi-Skizze!
"fluid mosaic": Beweglicher, dynamischer "Lipidfilm", in den mosaikartig Eiweißmoleküle eingestreut sind.                                                                                                                   
Funktion der Membranbausteine:
1) Phospholipid-Moleküle:
 Sie bilden durch ihren hydrophilen "Kopf" und ihren  lipophilen "Schwanz" die Doppel-Lipid-Schicht, die zwei wässrige Kompartimente voneinander trennt. (siehe ABI 99)

2) Membranproteine:
   a) Integrale Proteine:  
Sie "schwimmen" in der Membran und bilden einen hydrophilen Tunnel in der Wasser abweisenden Doppellipidschicht.  Sie sind als selektive "Poren" und "Kanäle" für die Durchlässigkeit von z.B. Ionen  verantwortlich. Auch für den aktiven Transport best. Stoffe sind sie zuständig.                                            
   b) periphere Proteine:  
Sie liegen z.B. außen in der Membran eingebettet und können als spezifische Rezeptoren wie "Schlösser"  best. Botenmoleküle an sich binden, um im Zellinneren best. Folgereaktionen auszulösen.
3) Ketten aus Kohlenhydratmolekülen: 
Sie sind für die Kommunikation zwischen den Zellen wichtig. An ihnen erkennt z.B. eine Abwehrzelle eine körperfremde Zelle.
Fragen: 

2)  Wenn man die Membranlipide aus Biomembranen einer bestimmten Anzahl von Blutzellen extrahiert und in Wasser bringt, dann bilden sie einen monomolekularen "Film" auf der Wasseroberfläche. Begründen Sie, warum dieser die doppelte Oberfläche aller Zelloberflächen bedeckt.
3) Markiert man die Membranlipide bestimmter Zellen mit Antikörpermolekülen, die mit Farbstoff A gekoppelt sind und wiederholt man das Ganze mit anderen Zellen, die mit Farbstoff B gekoppelt sind, dann kann man unter UV-Licht beide Zellsorten an der Farbe unterscheiden. (siehe Abb.1)
Bringt man nun durch elektrische Impulse eine Zelle "A" mit einer Zelle "B" zum Verschmelzen, dann lässt sich nach einiger Zeit folgendes Bild beobachten.( s.Abb.2). Deutung Sie das Ergebnis mit dem Membranmodell.

Lösungsvorschlag:

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