Proteinstrukturen - Vom Baustein zum funktionsfähigen Molekül

Proteine bestehen aus 20 verschiedenen Aminosäuren, die wie Perlen auf einer Kette aneinandergereiht sind. Jede Aminosäure hat den gleichen Grundaufbau: ein zentrales Kohlenstoffatom mit vier Bindungspartnern - einem Wasserstoffatom, einer Aminogruppe (NH₂), einer Carboxylgruppe (COOH) und einem variablen Rest.

Die Primärstruktur ist die genetisch festgelegte Reihenfolge der Aminosäuren. Durch Peptidbindungen zwischen Aminogruppe und Carboxylgruppe entstehen lange Ketten, wobei Wasser abgespalten wird.

Die Sekundärstruktur bildet sich durch Wasserstoffbrücken zwischen benachbarten Aminosäuren - so entstehen Helices und Faltblätter. Bei der Tertiärstruktur falten sich die Ketten durch Van-der-Waals-Kräfte und Disulfidbrücken dreidimensional auf.

Merke: Erst ab etwa 100 Aminosäuren spricht man von einem Protein! Die Quartärstruktur entsteht, wenn mehrere Polypeptidketten zusammenarbeiten.

Plasmolyse und Deplasmoly­se - Wenn Zellen schrumpfen und schwellen

Stell dir vor, deine Zellen könnten wie Luftballons schrumpfen und sich wieder aufblähen! Plasmolyse und Deplasmoly­se zeigen genau das bei Pflanzenzellen.

Bei der Plasmolyse steht die Zelle in einer hypertonen Lösung (hohe Salzkonzentration außen). Wasser verlässt die Zelle durch die selektiv permeable Membran, die Zellmembran trennt sich von der Zellwand und das Cytoplasma schrumpft zusammen.

Deplasmoly­se ist der umgekehrte Prozess: In einer hypotonen Lösung (niedrige Salzkonzentration außen) strömt Wasser in die Zelle zurück. Die Membran weitet sich wieder aus, bis sie an die starre Zellwand stößt.

Praktischer Tipp: Du kannst das zu Hause beobachten! Leg Zwiebelzellen erst in Salzwasser (Plasmolyse), dann in destilliertes Wasser (Deplasmoly­se).

Biomembranen - Die intelligenten Türsteher der Zelle

Biomembranen sind wie intelligente Türsteher, die genau kontrollieren, was in die Zelle rein- und rauskommt. Sie bestehen hauptsächlich aus einer Phospholipid-Doppelschicht mit eingelagerten Proteinen.

Phospholipide haben einen wasserliebenden (hydrophilen) Kopf und wasserabweisende (hydrophobe) Schwänze. Dadurch ordnen sie sich automatisch zu einer Doppelschicht an - die Köpfe zeigen nach außen zum Wasser, die Schwänze nach innen.

Membranproteine übernehmen verschiedene Jobs: Tunnelproteine ermöglichen Transport, Glykoproteine sorgen für Zellkommunikation und Enzyme katalysieren Reaktionen. Das Cytoskelett gibt der ganzen Struktur Stabilität.

Wichtig: Die selektiv permeable Eigenschaft bedeutet, dass nur bestimmte Moleküle durchgelassen werden - je nach Größe, Ladung oder mit Hilfe spezieller Transportproteine.

Stofftransport - Wie Moleküle durch Membranen wandern

Moleküle können auf verschiedene Weise durch Biomembranen - entweder passiv ohne Energieaufwand oder aktiv mit ATP-Verbrauch.

Passiver Transport nutzt das natürliche Konzentrationsgefälle (von hoher zu niedriger Konzentration). Einfache Diffusion funktioniert bei kleinen Molekülen direkt durch die Membran. Kanalvermittelte Diffusion nutzt Aquaporine für Wasser oder gesteuerte Ionenkanäle.

Bei der carriervermittelten Diffusion funktioniert das Schlüssel-Schloss-Prinzip: Nur passende Moleküle wie Glucose können das Carrierprotein zur Strukturänderung bringen und durchschlüpfen.

Aktiver Transport arbeitet gegen das Konzentrationsgefälle und braucht Energie. Co-Transport befördert zwei Moleküle gleichzeitig - entweder in dieselbe Richtung (Symport) oder in entgegengesetzte Richtungen (Antiport).

Eselsbrücke: Passiv = entspannt bergab rollen, aktiv = anstrengend bergauf schieben!