Die Biomembranen:
1925 hat es erste Untersuchungen zu Biomembranen gegeben und wurden von Gorter und Grendel durchgeführt. Eine Membran ist etwa 5-10 nm dünn. Die Zellen und somit auch die Zellmembranen sind bei Menschen und Tieren genauso aufgebaut wie bei Pflanzen. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass das Plasma (flüssiger Teil des Blutes) durch eine Cytoplasmamembran nach außen zur Zelle abgegrenzt ist.
Die Cytoplasmamembran geht über Plasmabrücken, welche zwischen den Zellen sind, in die Membran der Nachbarzellen über.
Die sich in der Zelle befinden, mit Zellsaft gefüllten Vakuolen sind ebenfalls von einer Membran umgeben. So ist eine Trennung zwischen Plasma und Vakuoleninhalt vorhanden. In der Zelle befinden sich Zellorganellen wie der Zellkern, die Mitrochondrien, die Plastiden und die Dictyasomen, welche ebenfalls von einer Membranschicht umgeben sind. Das ausgedehnte Membransystem durchzieht das ganze Cytoplasma.
Die Zellräume innerhalb einer Zelle, die von den Membranen abgegrenzt sind, nennt man Kompartimente. So wird eine Zelle in zahlreiche getrennte Reaktionsräume aufgeteilt (Kompartimentierung).
Ein Membran besteht zu 60-90% aus Trockenmasse (des Plasmas). Aufgabe des Biomembrans: Die Aufgabe des Biomembrans besteht darin, dass es die Zelle nach außen zu schützen und ein unkontrolliertes Ein- und Austreten zu verhindern hat. Membranen müssen sowohl als Barriere arbeiten, wie auch als Durchlass für benötigte Stoffe der Zelle.
Damit sind sie semipermeabel, das heißt, dass kleinere Moleküle wie z.B. Wasser durchgelassen und größere Moleküle abgehalten werden. Dieses Prinzip gilt jedoch nicht immer: Die Membranen sind in der Lage, Stoffe aus einer Vielzahl von anderen Stoffen auszuwählen und zu entscheiden, ob sie diese hinein/ hinauslassen oder nicht. Dies nennt man selektiv permeabel. Diese Funktion verleiht dem Membran eine gewisse Stabilität.
Der Aufbau eines Membranes: Biomembranen bestehen zum größten Teil aus den Bauelementen Lipide (Fettähnliche Substanz), Proteinen (Eiweißkörper) und zu einem geringen Teil aus Kohlenhydraten. Membranlipide: Das Phospholipid ist das wichtigste Lipid im Membran. Die häufigste Unterart des Phospholipids ist das Lecithin. An einem Glycerinmolekül sind an der einen Seite zwei Fettsäuren mit langen Kohlenwasserstoffketten (Palmitin-und Ölsäure) angekoppelt und auf der anderen Seite befindet sich der Phosphorylcholin, welcher ebenfalls mit dem Glycerin verbunden ist. Den Fettsäurenanteil nennt man hydrophobes Molekülteil und der Phosphorylcholinanteil wird als hydrophiles Molekülteil bezeichnet.
Diese Verbindung ist ein Lipid und damit eines der wichtigsten Bausteine des Membrans. Alle Lipide sind in Wasser unlöslich, in organischen Lösungsmitteln lösen sie sich dagegen gut. Dieses Molekül ist bipolar (zweipolig) wegen seinem chemischen Bau. Aufgrund der Unlösligkeit bilden sie im Wasser geordnete Molekülverbände. Biomembranbildung: Tritt ein Lipidtröpfchen in Kontakt mit Wasser, so bildet sich auf der Wasseroberfläche eine Fettschicht, bestehend aus einer Moleküllage.
Die hydrophilen Molekülteile ragen ins Wasser, während die hydrophoben Molekülteile aus dem Wasser herausragen. Wird das Wasser kurz geschüttelt, entstehen unter Wasser kleine Fetttröpfchen, welche Micellen genannt werden. Auch hier sind die hydophilen Molekülteile dem Wasser zugewandt, die hydrophoben hingegen zeigen nach innen und bilden so eine Kugel. Je nach Bedingung bilden sich Lamellen oder sphärische Vesikel. Das Vesikel stellt das Grundmodell einer Biomembran dar. Die Proteine sind auf der Lipiddoppelschicht aufgelagert (periphere Proteine).Die Kohlenhydrate haben nur einen 10%igen Mengenanteil in einer Membran. Sie befinden sich fast nur auf der Außenseite der Zelle und sind dort entweder an Lipide oder Proteine gebunden.
Nach den Untersuchungen, welche S. J. Singer und G. L. Nicolsen durchführten, entdeckten sie, dass Blutgruppenantigene der Erytrozyten sich nur auf der Zellaußenseite befinden. Nach weiteren Beobachtungen stellten sie ein neues Membranmodell auf. Nach diesem Modell befinden sich die Proteine nicht nur aufgelagert auf den Lipiden, sondern sie sind auch eingelagert oder ziehen sich ganz durch die Lipiddoppelschicht hindurch und haben in diesem Fall, wenn sie an beiden Seiten herausragen eine Porenbildung.
Biomembranen haben bei Körpertemperatur keine feste Struktur. Die Proteine schwimmen sozusagen in der flüssigen, kristallinen Lipidschicht. Dieses Modell nennt man Flüssig-Mosaik-Modell.