Lerntext Membranfluss

Roland Heynkes, 25.12.2016

Dieser kleine Hypertext soll den Membranfluss bzw. das Fließgleichgewicht der Membransysteme eukaryotischer Zellen erklären.

Gliederung

	der Membranfluss im Fließgleichgewicht
	Exozytose und Endozytose
	Lernkasten Membranfluss

Auf allen Ebenen findet man in Biozönosen, Spezies, lebendigen Lebewesen, Organen und Zellen Fließgleichgewichte. Beispiele dafür sind die Membran-Strukturen (raues endoplasmatisches Retikulum, Golgi-Apparat und Zellmembran) eukaryotischer Zellen, die sich trotz eines raschen, intensiven Membranflusses nur langsam verändern. In jeder aktiv lebenden eukaryotischen Zelle bildet das raue endoplasmatische Retikulum (ER) aus einzelnen Lipid-Molekülen ständig neue Membranflächen. Trotzdem wächst das raue ER nicht, weil es ungefähr im gleichen Ausmaß Membranmaterial abgibt. Es wird in den glatten Teil des endoplasmatischen Retikulums geschoben oder gleich in Vesikel verpackt.

Nachdem sie sich vom endoplasmatischen Retikulum abgeschnürt haben, werden die Vesikel zu den Dictyosomen des Golgi-Apparates transportiert. Dort vereinigen sich die Membranen von Vesikel und Dictyosom und der Inhalt des Vesikels entleert sich in das Dictyosom. Darin wird er sortiert und wieder in Vesikel verpackt, welche die unterschiedlichen Inhalte zu ihren verschiedenen Zielorten bringen. So werden beispielsweise Hormone zur Zellmembran gebracht, wo sie die Zelle verlassen. Enthalten Vesikel Verdauungsenzyme, dann nennt man sie primäre Lysosomen. Sie vereinigen sich mit Endosomen zu sekundären Lysosomen, in denen die Substrat-Partikel von den Verdauungsenzymen angegriffen und zerlegt werden.

Ständig vereinigen sich Vesikel mit der Zellmembran und den Membranen des Golgi-Apparates, der Endosomen, der Mitochondrien und der Lysosomen, während sich gleichzeitig andere Vesikel vom ER, dem Golgi-Apparat, der Zellmembran und den Endosomen abschnüren. Die Lysosomen stehen am Ende des Membranflusses und zerlegen die Membranen wieder in die Grundbausteine einzelner Lipid-Moleküle, die durch das Zytoplasma zurück zum rauen endoplasmatischen Retikulum wandern, wo sich ihr Kreislauf mit dem Einbau in neues Membranmaterial wiederholt.

Membranen enthalten auch Proteine, die von Ribosomen direkt in die Membran des rauen endoplasmatischen Retikulums hinein synthetisiert werden. Als Bestandteile ihrer Membranen wandern auch sie vom rauen durch das glatte ER mit Hilfe von Vesikeln zu den Dictyosomen des Golgi-Apparates. Dort werden sie sortiert und von Vesikeln unter anderem zur Zellmembran, Endosomen, Mitochondrien und den Lysosomen transportiert. Die Lysosomen zerlegen schließlich auch die Membranproteine in einzelne Aminosäuren.

Der Prozess der Exozytose bringt Stoffe aus der Zelle hinaus. Gleichzeitig fließen dadurch der Zellmembran neue Membran und neue Membranproteine zu. In etwa gleichem Ausmaß verliert die Zellmembran auch ständig Material durch die verschiedenen Formen von Endozytose. Das folgende Bild soll das anschaulich machen.

Schema zu Membranfluss und Lysosomen
	Im rauen endoplasmatischen Retikulum (ER) entstehen neues Membranmaterial, auszuscheidende pinke Proteine und leuchtgrüne Verdauungsenzyme. Durch ständige Neuproduktion werden Eiweiße und Membranmaterial vom rauen endoplasmatischen Retikulum in glatte ER geschoben. In Vesikeln wandern alle vom glatten ER zu den Dictyosomen des Golgi-Apparates. Im Golgi-Apparat werden sie sortiert und getrennt in Vesikel verpackt. Enthalten die Vesikel Verdauungsenzyme, dann nennt man sie primäre Lysosomen. Die Vesikel verschmelzen mit der Zellmembran und entlassen Proteine aus der Zelle. Die primären Lysosomen verschmelzen mit Endosomen (E.). Frühe (noch junge) Endosomen entstehen durch die Vereinigung von Vesikeln, die durch Endocytose entstehen und z.B. Bakterien enthalten können. Die Verdauungsenzyme zerlegen durch Phagocytose aufgenommene Partikel. Lysosomen schnüren ständig Teile ihrer eigenen Membranen nach innen ab und verdauen sie einschließlich aller Membranproteine.
Roland Heynkes, CC BY-SA-3.0 DE

Nachschub erhält die Zellmembran auch durch das Recycling von Rezeptoren, die durch Rezeptor-vermittelte Endozytose in Endosomen gelangen, dort von ihren Liganden getrennt und wieder auf die Zelloberfläche zurück gebracht werden. Dies und die ganze Dynamik des Membranflusses soll ein animiertes gif verdeutlichen. Dieses ist aber trotz extremer Vereinfachung schon derart komplex, dass man es sich lange ansehen und dabei immer wieder andere Elemente verfolgen muss. Rechts unten kann man beobachten, wie ein sekundäres Lysosom nach und nach seine eigene Membran verdaut.

Membranfluss dargestellt als animiertes gif

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Roland Heynkes, CC BY-SA-3.0 DE