Biomembran

Question 1

Was sind die Funktionen einer Biomembran?

Answer 1

• Abgrenzung
• Verformbarkeit/Flexibilität
• Regulierung des Stoffaustauschs
• Aufteilung
• Schutz vor nachteiligen Umwelteinflüssen

Question 2

Wo kommen Biomembranen überall vor?

Answer 2

• Eukaryoten
• Prokaryoten
• Pflanzenzellen
• Vakuolen
• Membranen der Zellorganellen

Question 3

Was für einen Prozentuallen Anteil macht die Biomembran bei der Trockenmasse von Zellen aus?

Answer 3

60-90% der Trockenmasse einer Zellen sind die Biomembranen

Question 4

Definiere lipophil

Answer 4

fettliebend

Question 5

Definiere lipophob

Answer 5

fettabstoßend

Question 6

Definiere hydrophil

Answer 6

wasserliebend

Question 7

Definiere hydrophob

Answer 7

wasserabstoßend

Question 8

Definiere polar

Answer 8

Es ist eine Ladung enthalten

Question 9

Definere unpolar

Answer 9

Es ist keine Ladung enthalten

Question 10

Aus welchem Lipid ist die Biomembran aufgebaut und beschreibe dessen Aufbau?

Answer 10

Phospholipid
- polarer hydrophiler Kopf
- unpolarer, hydrophober Schwanz

Question 11

Erkläre wie eine Micelle aufgebaut ist (wie sind die Phospholipidmoleküle angerichtet)

Answer 11

• Hydrophiler Kopf nach außen gerichtet
• hydrophober Schwanz nach innen gerichtet

Question 12

Erkläre wie ein Liposom aufgebaut ist (wie sind die Phosopholipidmoleküle angerichtet)

Answer 12

• Hydrophiler Kopf ist nach außen gerichtet
• hydrophober Schwanz nach innen gerichet
• Dem lipophilen Schwanz steht ein anderes lipohiles Ende eines Phospholipidmoleküls
• Dadurch entsteht in der Mitte ein mit Wasser gefüllter Bereich

Question 13

Wie sind die Membranlipidmoleküle, die die chemischen Eigenschaften der Lipide beschreiben und den Membranaufbau erklären, aufgebaut?

Answer 13

Amphipathische Eigenschaft

Kopfregion
- polar (polarität führt zu hydrophilie)
- je nach Typ besteht es aus Glycerin, Cholin und Phosphorsäure

Schwanzregion
- besteht aus zwei lang gestreckten, ungeladenen (= unpolar) Kohlenwasserstoffketten

Question 14

Erkläre was Phospholipide sind

Answer 14

Membranlipide mit Phosphorsäure als Molekülbaustein
- der häufigste Typ der Membranlipide

Question 15

Können sich die Membranlipide bewegen?

Answer 15

• Zwischen den Membranlipidmolekülen herrschen nur schwache Wechselwirkungen (= Beeinflussung)
• Der Zusammenhalt der Wassermoleküle in der Umgebung stabilisiert die Struktur der Biomembran
• Die einzelnen Membranlipide können sich hierdurch innerhalb der Membran seitlich bewegen

Question 16

Erkläre was Transmembranproteine sind

Answer 16

Dies sind Membranproteine, die durch die gesamte Membran reichen.

Question 17

Erkläre was integrale Membranproteine sind

Answer 17

Membranproteine, die nur in eine oder beide Lipidschichten hineinreichen.
- Die Transmembranproteine werden auch unter diesem Namen geführt

Question 18

Erkläre was periphere Membranproteine sind

Answer 18

Dies sind Membranproteinmoleküle, die der Membran nur aufliegen

Question 19

Was sind die Funktionen der Transmembranproteine?

Answer 19

• Bildung von Transporttunneln, die einen Stoffaustausch zwischen den Kompartimenten ermöglichen

Question 20

Was sind die Funktionen der peripheren Membranproteinen?

Answer 20

• Zuständig für den Kontakt zu anderen Zellen

Question 21

Was sind Glykoproteine/Glykolipide und welche Aufgabe haben sie?

Answer 21

• Sie sind Kohlenhydrate und wichtige Strukturen in der Zell-Zell-Erkennnung
• Sie können mit Membranproteinen als auch mit Membranlipiden verbunden sein

Question 22

Wie findet die Anordnung der Membranproteine statt?

Answer 22

• Sie erfolgt wie bei den Membranlipiden
• die polaren Molekülregionen richten sich zum Wasser aus
• die unpoleren Molekülregionen richten sich zur inneren, hydrophoben Schicht der Biomembran
• Sie können sich seitlich bewegen, da sie nicht fest verbunden sind

Question 23

Was ist das Fluid-Mosaik-Modell?

Answer 23

Es ist ein molekulares Modell, das die Struktur von Biomembranen beschreibt. Biomembranen bestehen aus einer flüssigen Phospholipid-Doppelschicht, in der sich sowohl die Phospholipidmoleküle, als auch die darin eingebetteten Proteine lateral (= seitlich) bewegen können

Question 24

Wie kamen Davson und Danielli auf das Sandwich-Modell?

Answer 24

Sie fanden heraus, dass die Oberflächenspannung von einer künstlichen Lipid-Doppelschicht höher war als die einer echten Membran
= andere Moleküle müssen am Aufbau beteiligt sein, die die Oberflächenspannung herabsetzten

(Vermutung = auf beiden Seiten der Lipid-Doppelschicht befindet sich eine Schicht Protein-Moleküle)

Question 25

Erkläre wie das Sandwich-Modell den Aufbau der Biomembran beschreibt

Answer 25

- Protein-Moleküle sitzten wie Blöcke auf den polaren Bereichen der Membranlipide und bilden schwache chemische Bindungen (H-Brücken, elektrostatische Wechselwirkungen). - Später wurden Transmembranproteine (Proteinkanal) implementiert, da vor allem die Durchlässigkeit von verschiedenen Stoffen nicht erklärt werden konnte

Question 26

Was ist das Bilayer Modell?

Answer 26

Phospholipide mit hydrophilen Gruppen sind als Doppelschicht in der Membran so angeordnet, dass die hydrophilen Gruppen der Lipide jeweils nach außen zeigen, die hydrophoben in das Innere der Doppelschicht

Question 27

Welche Moleküle können einfach und welche nur sehr schwer durch die Biomembran diffundieren?

Answer 27

- Je größer und hydrophiler Teilchen sind, umso stärker wirkt die Membran als unpassierte Barriere - Lipophile Moleküle können relativ unabhängig von ihrer Größe durch die Membran hindurchtreten

Question 28

Wie unterscheiden sich verschiedene Membran-Typen?

Answer 28

Durch ihre Permeabilitätseigenschaften (durchgehen; passieren) und damit ihrer Selektivität bezüglich bestimmter Substanzen

Question 29

Nenne die 5 Transportwege der Membran

Answer 29

- einfache Diffusion (passiv) - kanalvermittelte Diffusion (passiv) - gesteuerter Ionenkanal (passiv) - carriervermittelte Diffusion (passiv) - aktiver Transport durch den Kanal (aktiv)

Question 30

wie unterscheidet sich ein passiver von einem aktiven Transport?

Answer 30

Ein passiver Transport ist ein ohne Energiezufuhr ablaufender Transportvorgang an der Biomembran. Entlang des Konzentrations- oder elektrochemischen Gradienten können Moleküle und Ionen ins Zellinnere oder Zelläußere gelangen. Beim aktiven muss Energie hinzugefügt werden.

Question 31

Erkläre was die einfache Diffusion als Transportmechanismus ist

Answer 31

- Hier können bestimmte Moleküle die Membran einfach so durchqueren und benötigen keine fremde Hilfe (= die einfachste Art des passiven Transports) - Allerdings nur sehr kleine, unpolare und fettlösliche Moleküle sowie Gase - Die Teilchen bewegen sich in Richtung niedriger Konzentration (entlang des Konzentrationsgefälle)

Question 32

Warum funktioniert der passive Transport?

Answer 32

Da keine Energie hinzugefügt wird, muss eine andere Kraft wirken, das Konzentrationsgefälle/Konzentrationsgradient. Durch die Diffusion können bestimmte Moleküle einfach mit ihrem Gefälle die Membran passieren. Das Konzentrationsgefälle entsteht durch die Ungleichverteilung der Teilchen. Durch die brownsche Molekularbewegung entsteht ein Teilchenstrom (hohe Konzentration zu niedriger).

Question 33

Erkläre die Kanalvermittelte Diffusion als Transportmechanismus

Answer 33

- Hier durchqueren bestimmte Moleküle die Membran mithilfe von Kanalproteinen - Hier sind die Moleküle größer und polar geladen - Die Transportrichtung orientiert sich hier an der niedrigeren Konzentration (am Konzentrationsgefälle).

Question 34

Erkläre die carriervermittelte Diffusion als Transportmechanismus

Answer 34

- Beschreibt den Transportvorgang mithilfe von Transportproteinen (sie befinden sich in der Biomembran) - Jedes Membranprotein ist auf ein bestimmtes Molekül spezialisiert - Kann in beide Richtung erfolgen (am Konzentrationsgefälle) Beim Carrier-Transport laufen diese Schritte ab: - Schlüssel-Schloss-Prinzip andocken - Formänderung des Carrier-Proteins (Konformationsänderung) - Molekül wird durch das Protein auf die andere Seite befördert - Auf der anderen Seite löst sich das Molekül von dem Protein

Question 35

Erkläre den gesteuerten Ionenkanal als Transportmechanismus

Answer 35

Hier wird die Diffusion erst durch das Andocken eines Moleküls oder einer Spannungsänderung ermöglicht. Wenn dann die Konzentration ausgeglichen ist oder ein anderes Signal ausgesendet wird, schließen sich die Kanäle.

Question 36

Welche drei Arten der Carriervermittelnden Diffusion gibt es und erkläre diese?

Answer 36

Symport (Co-Transport) - Das Protein ist in der Lage, zwei Moleküle zur selben Zeit zu binden. Allerdings können beide Moleküle nur in dieselbe Richtung transportiert werden Antiport (Co-Transport) - Das Protein ist in der Lage, zwei Moleküle zur selben Zeit zu binden. Allerdings können hier beide Moleküle nur in entgegengesetzte Richtungen übertragen werden Uniport - Hier kann maximal ein Molekül gleichzeitig gebunden werden. Sie transportieren also nur in eine Richtung.

Question 37

Erklären den aktiven Transport als Transportmechanismus

Answer 37

- Ein aktiver Transport ist ein unter Energieverbrauch ablaufender Transportvorgang an der Biomembran. Entgegen des Konzentrations- oder elektrochemischen Gradienten können Moleküle und Ionen ins Zellinnere oder Zelläußere gelangen. - Drei Arten: primär, sekundär und teritär - Zwei Vorraussetzungen: semipermeabele Membran und ausreichend Energie

Question 38

Nenne und erkläre die drei Arten wie Energie für den ativen Transport produziert wird

Answer 38

Chemische Bindungsenergie (primär): Durch die Spaltung (Hydrolyse) von ATP wird Energie freigesetzt, die genutzt werden kann (es wird Phosphat abgespalten) Abbau eines Ladungsgradienten (sekundär): Durch den Abbau des Ladungsunterschieds wird nutzbare (elektrische-) Energie abgegeben Abbau des Konzentrationsgradienten (teritär): Durch die Erhöhung der Entropie, also die Verminderung des Konzentrationsunterschieds, wird verwertbare Energie freigesetzt

Question 39

Erkläre den primären aktiven Transport

Answer 39

- Die entsprechenden Transportproteine funktionieren nur, wenn eine ATP-Molekül gebunden ist. - Dann spaltet sich das ATP zu ADP (Adenosintriphosphat) und einem anorganischen Phosphat. - Mit der dabei entstehenden Energie können bestimmte Ionen gegen ihre Konzentrationsgefälle durch die Membran gelangen - Zum Beispiel Natrium-Kalium-Pumpe

Question 40

Erklären den sekundären aktiven Transport

Answer 40

- ATP wird nicht direkt verbraucht - nutzt Gradient von primären Transport als Energiequelle (Energie eines bereits bestehenden Konzentrationsgefälle). Durch den Abbau des Konzentrations- bzw. Ladungsgefälle entsteht letztendlich die Energie - Ionen wandern mit ihrem Konzentrationsgefälle durch die Biomembran, um gleichzeitig andere Moleküle gegen deren Konzentrationsgefälle zu transportieren

Question 41

Erkläre den teritären aktiven Transport

Answer 41

- Verwendet ebenfalls die Energie, die durch den Abbau eines Konzentrations- bzw. Ladungsgefälles entsteht - Funktioniert wie der sekundär aktive Transort nur, dass es auf dem Konzentrationsgefälle des sekundären und nicht primären aktiven Transport aufbaut

Question 42

Wofür ist Cholesterin in der Biomembran zuständig?

Answer 42

Cholesterin festigt und lockert also die Membran, je nach Temperatur und Anforderung. Die tatsächliche Wirkung von Cholesterol auf die Membranfluidität ist also temperaturabhängig. Bei niedrigen Temperaturen steigert Cholesterol die Membranfluidität, bei hohen Temperaturen senkt Cholesterol die Membranfluidität.

Question 43

Erkläre das Ping-Pong-Modell

Answer 43

- Es beschreibt den Carriertransport - Im Zustand Ping sind die Bindungsstellen zur Zellaußenseite hin geöffnet. Durch Anlagerung des zu transportierenden Moleküls ändert sich die Konformation (Form) des Proteins. - Im Zustand "Pong" sind die Bindungsstellen zur Zellinnenseite hin geöffnet. - Es folgt dem Konzentrationsgefälle