Aufbau einer Zellmembran
Die Zellmembran ist eine Biomembran, die eine entscheidende Rolle für den Stoffwechsel der Zelle spielt. Sie ist keine feste Wand, sondern eine selektiv durchlässige Schranke (auch semipermeabel genannt). Über die Zellmembran gelangen Nährstoffe wie Glucose oder Aminosäuren in die Zelle hinein und Abfallstoffe wie Kohlenstoffdioxid oder Harnstoff aus der Zelle hinaus. Ohne Nährstoffaufnahme kann keine Energie gewonnen werden. Ohne Abgabe der Abfallstoffe würden Giftstoffe im Zellinneren entstehen. Die Zellmembran ist die „Torwächterin“ des Stoffwechsels. Sie regelt, welche Stoffe in die Zelle gelangen, welche sie verlassen, und sorgt so für die Erhaltung der Lebensvorgänge.
Arbeitsblatt 
LösungenDie Zellmembran besteht hauptsächlich aus Phospholipiden. Jedes Phospholipid-Molekül hat einen hydrophilen (wasserfreundlichen) Kopf – gebildet aus einem Glycerin-Molekül, einer Phosphatgruppe und einem polaren Rest – und zwei hydrophobe (wasserabweisende) Fettsäurereste. Die Moleküle ordnen sich so an, dass die „Köpfe“ nach außen – also zum wässrigen Zellinnenraum und zum Zellaußenraum – zeigen. Die „Schwänze“ liegen einander zugewandt und bilden das hydrophobe Innere der Membran. Diese Phospholipid-Doppelschicht wirkt wie eine Barriere: Wasserlösliche Stoffe mit polaren Molekülen können sie kaum durchdringen, während fettlösliche Stoffe mit unpolaren Molekülen leichter hindurchtreten.
Vereinfachtes Modell einer ZellmembranIn die Lipidschicht sind verschiedene Membranproteine eingebettet. Sie machen etwa die Hälfte der Membranmasse aus und übernehmen vielfältige Aufgaben: Kanal-Proteine bilden Poren, durch die bestimmte Ionen oder Wassermoleküle passieren können. Sie ermöglichen so einen gerichteten Stoffaustausch. Carrier-Proteine (Transporter) binden bestimmte Teilchen und befördern sie aktiv oder passiv durch die Membran. Sie sind jeweils nur zu einer Seite geöffnet und verändern ihre Form, um Stoffe auf die andere Seite zu bringen. Rezeptor-Proteine ragen mit ihrer Bindungsstelle aus der Membran heraus. Sie erkennen bestimmte Hormone oder Neurotransmitter, und lösen dadurch Signalprozesse im Zellinneren aus. In der Membran befinden sich noch Enzyme, die die chemischen Reaktionen an der Zelloberfläche beschleunigen. Strukturproteine dienen der Verankerung der Membran im Zellskelett oder im Gewebeverbund.
An der Außenseite der Lipide und Proteine sind Kohlenhydratketten gebunden. Diese bilden eine Zuckerschicht, die Glykokalix genannt wird. Sie schützt die Zelle vor mechanischen und chemischen Einflüssen, sie dient der Zell-Zell-Erkennung, ermöglicht die Anheftung an Nachbarzellen und spielt eine wichtige Rolle bei der Immunabwehr.
In tierischen Zellen ist zwischen den Phospholipiden zusätzlich Cholesterin eingelagert. Es stabilisiert die Membran, indem es die Beweglichkeit der Lipidketten reguliert. Dadurch bleibt die Membran auch bei Temperaturänderungen elastisch, aber formstabil. Die Bestandteile der Membran sind ständig in Bewegung – die Membran ist also flüssig und flexibel, sie ist kein starres Gebilde.
Zusammenfassung der Funktionen einer Zellmembran
> Die Zellmembran grenzt die Zelle ab und schützt sie.
> Sie ermöglicht gezielten Stofftransport durch Kanäle und Carrier.
> Sie überträgt Signale über Rezeptoren.
> Sie erkennt andere Zellen über die Glykokalix
> und verankert die Zelle in ihrem Gewebeumfeld.
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