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Plasmamembran und Zytoplasma

Aufbau und Funktion der Plasmamembran und des Zytoplasmas von Zellen. Fakten zur Phospholipid-Doppelschicht und Mikrovilli.

Einführung

Was ist eine Zelle? Nun, in gewisser Weise ist es ein Beutel voll Schleim. Die Plasmamembran - die äußere Grenze der Zelle - ist der Beutel und das Zytoplasma ist der Schleim.
Natürlich ist eine Zelle so viel mehr als nur ein Beutel Schleim. Es ist eine komplexe, hoch organisierte Einheit, der Grundbaustein aller Lebewesen. Und die Plasmamembran und das Zytoplasma sind tatsächlich ziemlich hoch entwickelt.
Die Membran ist eine feine, zweischichtige Struktur aus Lipiden und Proteinen und steuert, was in die Zelle eindringen und was aus ihr austreten kann. In ähnlicher Weise besteht das Zytoplasma einer eukaryotischen Zelle nicht nur aus Cytosol - einer gelartigen Substanz, die aus Wasser, Ionen und Makromolekülen besteht - sondern auch aus Organellen und den Strukturproteinen, die das Zytoskelett oder das "Skelett der Zelle" bilden.
In diesem Artikel schauen wir uns die Plasmamembran und das Zytoplasma genauer an.

Die Plasmamembran

Sowohl prokaryotische als auch eukaryotische Zellen besitzen eine Plasmamembran, eine Lipiddoppelschicht, die das Zellinnere von der äußeren Umgebung trennt. Diese Doppelschicht besteht größtenteils aus spezialisierten Lipiden, die als Phospholipide bezeichnet werden.
Ein Phospholipid besteht aus einem hydrophilen, wasserliebenden Phosphatkopf und zwei hydrophoben, wasserabweisenden Fettsäureschwänzen. Phospholipide ordnen sich spontan in einer zweischichtigen Struktur an, wobei ihre hydrophoben Schwänze nach innen und ihre hydrophilen Köpfe nach außen zeigen. Diese energetisch günstige Zweischichtstruktur, die Phospholipiddoppelschicht genannt wird, findet sich in vielen biologischen Membranen.
Wie du unten sehen kannst, sind Proteine ​​auch eine wichtige Komponenten der Plasmamembran. Einige von ihnen reichen ganz durch die Membran und dienen als Kanäle oder Signalrezeptoren, während andere nur am Rand befestigt sind. Verschiedene Arten von Lipiden, wie Cholesterin, können auch in der Zellmembran gefunden werden und beeinflussen deren Fluidität.
Bildquelle: modifiziert nach OpenStax Biology
Die Plasmamembran ist die Grenze zwischen dem Inneren und dem Äußeren einer Zelle. Als solches kontrolliert es die Passage verschiedener Moleküle - einschließlich von Zuckern, Aminosäuren, Ionen und Wasser - in die Zelle hinein und aus der Zelle heraus. Wie leicht diese Moleküle die Membran passieren können, hängt von ihrer Größe und Polarität ab. Einige kleine, unpolare Moleküle wie Sauerstoff können direkt durch den Phospholipidteil der Membran hindurchtreten. Größere und polarere, hydrophilere Moleküle wie Aminosäuren müssen stattdessen die Membran über Kanalproteine durchqueren, ein Prozess, der oft von der Zelle reguliert wird. Weitere Informationen zum zellulären Transport findest du im Abschnitt Membranen und Transport .
Die Oberfläche der Plasmamembran begrenzt den Austausch von Materialien zwischen einer Zelle und ihrer Umgebung. Einige Zellen sind auf den Austausch von Abfall- oder Nährstoffen spezialisiert und besitzen Modifikationen, um die Oberfläche der Plasmamembran zu vergrößern. Die Membranen einiger nährstoffaufnehmender Zellen sind zum Beispiel in fingerartige Ausstülpungen gefaltet, die Mikrovilli, im Singular Mikrovillus, genannt werden. Zellen mit Mikrovilli bedecken die innere Oberfläche des Dünndarms, dem Organ, das Nährstoffe aus verdauten Lebensmitteln aufnimmt. Die Mikrovilli helfen Darmzellen dabei, die Nährstoffaufnahme aus der Nahrung zu maximieren, indem sie die Plasmamembranoberfläche vergrößern.
Bildquelle: OpenStax Biology. Die Mikrofotografie ist eine Modifikation der Arbeit von Louisa Howard.

Das Zytoplasma

Der Teil der Zelle, der als Zytoplasma bezeichnet wird, ist in Eukaryoten und Prokaryoten leicht unterschiedlich. In eukaryotischen Zellen, die einen Zellkern besitzen, umfasst das Zytoplasma alles zwischen der Plasmamembran und der Kernhülle. In Prokaryoten, die keinen Zellkern besitzen, umfasst das Zytoplasma einfach alles, was sich innerhalb der Plasmamembran befindet.
Ein Hauptbestandteil des Zytoplasmas in Prokaryoten und Eukaryoten ist das gelartige Cytosol, eine Lösung auf Wasserbasis, die Ionen, kleine Moleküle und Makromoleküle enthält. In Eukaryoten enthält das Zytoplasma auch membrangebundene Organellen, die im Cytosol schweben. Das Zytoskelett, ein Netzwerk aus Fasern, das die Zelle stützt und ihr Form verleiht, ist ebenfalls Teil des Zytoplasmas und hilft, zelluläre Komponenten zu organisieren.
Obwohl das Cytosol hauptsächlich aus Wasser besteht, hat es eine halbfeste, einem Wackelpudding ähnliche Konsistenz, da viele Proteine ​​darin suspendiert sind. Das Cytosol enthält einen reichhaltigen Brei aus Makromolekülen und kleineren organischen Molekülen, einschließlich Glukose und anderen einfachen Zuckern, Polysacchariden, Aminosäuren, Nukleinsäuren und Fettsäuren. Natrium-, Kalium-, Kalziumionen und Ionen anderer Elemente befinden sich ebenfalls im Cytosol. Viele Stoffwechselreaktionen, einschließlich der Proteinsynthese, finden in diesem Teil der Zelle statt.

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