Membran, biologische

Jedes Lebewesen besteht aus Zellen, die von einer biologischen Membran umschlossen sind. An den Membranen laufen viele wichtige biologische Prozese ab, die für die Funktion des gesamten Organismus wichtig sind.

Aufbau und Funktion einer Membran, die eine Abgrenzung zur Umgebung darstellt, sind sehr komplex und für jede Zellart anders. Allen gemeinsam ist die grundlegende Struktur, nämlich die Lipid-Doppelmembran (Fette, vor allem Phospholipide wie Phosphatidyl-Cholin=Lecithin, -Ethanolamin, -Inositol, -Serin usw.), in der viele verschiedene Proteine verteilt und fest verankert sind. Die Membran-Phospholipide sind auch an ihren Platz gebunden, können aber, was selten geschieht, verschoben werden Das nennt man Translokation, bewerkstelligt durch entsprechende Proteine (Translokatoren). Die Lipide der Doppelmembran sind so angeordnet, dass die unpolare Seite nach außen gerichtet ist, also die Oberfläche der Doppelmembran bilden. Membranen sind semipermeabel, d. h. sie lassen bestimmte Stoffe durch Poren hindurch (passiver Transport), andere müssen mit einem speziellen Transportvorgang hindurchgeschleust werden (aktiver Vorgang). Damit wird weitgehend sichergestellt, dass kleine unpolare (O₂, N₂) und polare ungeladene (H₂O, CO₂) die Membranungehindert passieren können, aber polare und geladene kleine (s. u.) sowie große Moleküle  nur kontrolliert passieren. Für jeden zu transportierenden Stoff durch dieMembran hindurch wird ein spezifisches Protein benötigt. Bei diesem Prozess wirdEnergie verbraucht. Andere Membranproteine sind Ionenpumpen, die ebenfallsEnergie verbrauchen und die Aufgabe haben, bestimmte Ionen (z. B. Na⁺, K⁺, Cl^-und Ca²⁺) durch die Membran hindurch zu transportieren, auch gegen den natürlichen Konzentrationsausgleich. Z. B. befindet sich viel Phosphatidyl-Serin an der inneren Membran oder viel K⁺  in der Zelle, viel Na⁺ außerhalb. Dadurch entsteht eine Potenzialdifferenz zwischen der Innen- und der Außenseite derMembran – ein Gradient entsteht (auch H⁺-, pH-). Außerdem gibt es elektrische Gradienten, die durch ungleiche Ladungsverteilung innen und außen bedingt sind. Mit Hilfe der Gradienten können ebenfalls passive Stofftransporte stattfinden, die dem Gefälle des Gradienten folgen (von oben nach unten). Ebenso folgen einige Zellen einem Gradienten, wenn sie sich durch Chemo- oder Elektrotaxis in eine bestimmte Richtung bewegen. Chemo- bzw. Elektrotaxis ist ein Vorgang, bei dem sich Zellen oder Moleküle an einem Gradienten – dem Gefälle entsprechend – entlang auf ein bestimmtes Ziel hinbewegen. Chemo- und Elektrotaxis haben z. T. gemeinsame Mechanismen, sind aber getrennte Vorgänge.