Elke menselijke en dierlijke cel is omhuld door een semipermeabel membraan. Het beschermt het celinterieur tegen schadelijke invloeden van buitenaf en zorgt voor de noodzakelijke uitwisseling van stoffen van buiten naar binnen en van binnen naar buiten. In een derde functie neemt het membraan de communicatie tussen de cellen over, mits de cel zich binnen een celassociatie bevindt.
Wat is een celmembraan?
De celmembraan omringt elke menselijke en dierlijke cel en scheidt deze van andere cellen of van de extracellulaire ruimte. Het moet selectief permeabel zijn in beide richtingen om de benodigde stoffen de cel binnen te laten of om afbraakproducten uit het celbinnenland te voeren. Als de cel zich binnen een celassociatie bevindt, moet het membraan een soort mechanische binding kunnen vormen met het membraan van de aangrenzende cel om de noodzakelijke sterkte naar de celassociatie. Bovendien moet het membraan kunnen communiceren met de aangrenzende cellen. Het moet in staat zijn om "berichten" van zijn cel zo snel mogelijk door te geven aan zijn aangrenzende cellen in een soort intercellulaire communicatie, of om een bericht van de naburige cellen te ontvangen en door te geven aan zijn eigen cel. Om te voorkomen dat de cel via een auto-immuunreactie wordt aangevallen door de eigen afweer van het lichaam, moet het membraan kenmerken hebben aan de zijde die naar de extracellulaire ruimte is gericht die het als het ware identificeren met de immuunsysteem als een endogene cel.
Anatomie en structuur
De celmembraan is samengesteld uit een dubbele laag van lipiden en bereikt een dikte van slechts 6 tot 10 nanometer. De lipofiele groepen van de twee lipidelagen zijn naar elkaar toe gericht en vormen een onoverkomelijke hydrofobe barrière voor waterige vloeistoffen. De lipiden van de buitenste laag zijn gedeeltelijk geglycoliseerd, en sachariden kunnen gehecht zijn en gecombineerd zijn met de lipiden om glycolipiden te vormen. De celmembranen worden afgewisseld met een zogenaamd membraan eiwitten, die verschillende taken uitvoeren. Glycoproteïnen zijn gehecht aan het naar buiten gerichte oppervlak van het membraan en dienen onder andere om de cel te identificeren als endogeen voor de immuunsysteem. anders eiwitten (integrale eiwitten) doordringen het celmembraan en communiceren met de extracellulaire en intracellulaire ruimte. Een andere belangrijke structuur wordt gevormd door de zogenaamde ionenkanalen, die worden gevormd door kanaal eiwitten en bepaalde uitwisselingen van stoffen mogelijk maken. Specifiek voor de uitwisseling met water om de hydrofobe barrière tussen de twee lipidenlagen van het celmembraan te overwinnen, zijn zogenaamde waterkanalen (aquaporines) aanwezig, die ongeveer analoog functioneren als ionenkanalen.
Functie en taken
Het celmembraan bakent het inwendige van de cel af van buitenaf of van andere cellen en beschermt de kern, organellen, cytoplasma en andere delen die zich in de cel bevinden. Ondanks zijn semi-permeabiliteit kan het membraan de waterige vloeistof in de cel scheiden van de waterige vloeistof buiten de cel - zelfs bij verschillende osmotische drukken. Een andere functie en taak is de selectieve uitwisseling van stoffen tussen het celbinnenland en de extracellulaire ruimte. Hiervoor heeft het celmembraan drie verschillende opties:
- De eerste optie is om osmotische gradiënt te gebruiken.
- De tweede mogelijkheid is om de ionen en te gebruiken water kanalen die zich in het celmembraan hebben gevormd. Via verschillende soorten kanalen kunnen ionen langs een elektrische spanningsgradiënt worden getransporteerd.
- Er is echter ook de mogelijkheid van zogenaamde transporteiwittenionen onder energieverbruik tegen de elektrische spanningsgradiënt of elektrisch neutraal moleculen er doorheen komen.
Massa transport via ionenkanalen werkt in beide richtingen. Voor uitwisseling met macromoleculen die niet door osmose of ionkanalen kunnen worden getransporteerd, kan het celmembraan uitsteeksels vormen die de macromoleculen kunnen omhullen en deze vervolgens door het celmembraan naar het binnenste van de cel kunnen transporteren. Voor cellen die niet rechtstreeks zijn verbonden met zenuwenCommunicatie met elkaar is belangrijk. Hiervoor zijn speciale eiwitten verantwoordelijk, die verankerd zijn in het celmembraan en verbonden zijn met zowel de intracellulaire als de extracellulaire ruimte (transmembraaneiwitten), zodat informatie in beide richtingen kan worden uitgewisseld. Informatie-uitwisseling in bredere zin omvat ook het feit dat de celmembraan signalen naar de immuunsysteem door middel van gekoppelde perifere eiwitten dat het een endogene cel is die niet aangevallen mag worden.
Ziekten en aandoeningen
Het regelmatig functioneren van de twee basisfuncties van stofuitwisseling en signaalgeleiding van een celmembraan vormde de voorwaarde voor het ontstaan van hoger leven. De effecten kunnen navenant ernstig zijn als slechts één basisfunctie van het celmembraan wordt verstoord. auto-immuunziekten, die worden geactiveerd door een misplaatst immuunsysteem, kunnen causaal verband houden met een storing van de celmembranen van het aangetaste weefsel. In het geval van een defect in de gekoppelde membraaneiwitten, kan het immuunsysteem de cellen niet classificeren als het eigen weefsel van de patiënt, maar als vreemd weefsel en overeenkomstige aanvallen initiëren. Het auto-immuunziekte antifosfolipidensyndroom (APS) leidt tot een veranderde samenstelling van de celmembranen van rood bloed cellen (erytrocyten) omdat het immuunsysteem leidt tot een vernietiging van membraaneiwitten die zijn geassocieerd met phopholipiden. Dit bevordert sterk de stolling, wat leidt tot een verhoogde incidentie van trombose, beroerte, myocardinfarct en pulmonaal embolie Verminderde intercellulaire communicatie kan ook leiden tot ernstige gevolgen. Als transmembraaneiwitten bijvoorbeeld, zenden een "doodsopdracht" naar naburige kanker cellen die hun spontane celdood (apoptose) veroorzaken, worden niet opgenomen door de kankercel door een verstoring van het communicatiemechanisme, waardoor tumorcellen zich ongehinderd kunnen ontwikkelen. Amyloïde afzettingen in de hersenen van Alzheimer patiënten worden hoogstwaarschijnlijk veroorzaakt doordat een bepaald membraaneiwit wordt afgebroken door het enzym bèta-secretase en daardoor fysiologisch ineffectief wordt. Dit betekent dat de ziekte wordt veroorzaakt door een storing in het celmembraan.
