Techniklexikon

Membranen, biologische

Begrenzung von zellulären Kompartimenten und ganzen Zellen in biologischen Systemen (Leben), Hauptuntersuchungsobjekt der supermolekularen Biophysik. Biomembranen unterteilen Lebewesen in relativ unabhängige Kompartimente, die einzelnen Lebensfunktionen zugeordnet sind und in denen auf engstem Raum voneinander isoliert zum Teil gegensätzliche Prozesse ablaufen können.

Der Aufbau der Biomembranen folgt einem einheitlichen molekularen Bauprinzip mit einer trilamellare Struktur. Einem zentralen hellen Streifen von ca. 3 nm Breite liegt beidseitig je eine elektronendichte Linie (ca. 2 nm) an (siehe Abb.). Die Grundkonstruktion der Biomembran besteht aus einer Lipiddoppelschicht (Bilayer, Dicke 4-5 nm) amphipolarer Lipide. Die zentrale helle Schicht entspricht den (v.a. aliphatischen) Ketten der Fettsäuren, welche durch hydrophobe Wechselwirkungen zusammengehalten werden (hydrophober Effekt, kooperativer Konformationsübergang). Die elektronendichten Ränder repräsentieren die polaren Köpfe der Phospholipide als auch die an der Membran angelagerten Ionen und Proteine.

Die Spezifität der Biomembran für den jeweiligen Zell- oder Organellentyp wird durch die in die Membran »schwimmenden« und die an die Membran angelagerten Membranproteine bestimmt, wogegen die Membranlipide selten eine spezifische Funktion haben, sondern die mechanischen und thermodynamischen Eigenschaften der Biomembran bestimmen. (Membrantransportprozesse)

Membranen, biologische: a) Schema der Lipiddoppelschicht. b) Elektronenmikroskopisches Bild eines Membranquerschnittes.