Membranfluss und vesikulärer Transport
Welche Membranen über Vesikel miteinander in Austausch stehen, welche Organellen außen vor bleiben und wie Exo- und Endocytose ablaufen.
Das Wichtigste in Kürze
- Der Membranfluss ist der Austausch von Membranmaterial über Vesikel zwischen den Kompartimenten des Endomembransystems.
- Beteiligt sind ER, Kernhülle, Dictyosomen, Endosomen, Lysosomen, Plasmamembran und in Pflanzen der Tonoplast. Die Kernhülle geht direkt in die ER-Membran über.
- Mitochondrien und Plastiden stehen außerhalb: Sie vermehren sich durch Teilung und entstehen weder aus dem ER noch aus Golgi-Vesikeln. Ribosomen haben keine Membran.
- Transportvesikel bringen Proteine vom rauen ER zu den Dictyosomen und von dort Sekretproteine, Membranproteine und Lipide zur Plasmamembran.
- Bei der Exocytose verschmilzt die Vesikelmembran mit der Plasmamembran. Nur der Inhalt wird freigesetzt.
- Bei der Endocytose nimmt die Zelle Stoffe, Viren und Bakterien in Vesikel auf. Clathrin bildet dabei eine außen aufgelagerte, borstenartige Hülle.
Worum es geht
Proteine, die eine Zelle ausschleust, und Stoffe, die sie aufnimmt, reisen in kleinen membranumhüllten Bläschen. Dieser Vesikelverkehr verbindet viele Membranen der Zelle zu einem einzigen Fließsystem. Er erklärt etwa, wie Peptidhormone wie Insulin die Zelle verlassen und wie Viren in sie hineingelangen.
Beteiligte und nicht beteiligte Strukturen
Der Membranfluss beschreibt, wie Membranmaterial ständig zwischen Kompartimenten wandert. Vesikel schnüren sich von einer Membran ab und verschmelzen mit der nächsten. Die so verbundenen Membranen bilden das Endomembransystem.
Dazu gehört das ER, ausdrücklich auch das raue ER. Die Kernhülle geht direkt in die ER-Membran über. Der Zellkern nimmt deshalb über seine Kernhülle am Membranfluss teil. Weitere Stationen sind die Dictyosomen des Golgi-Apparats, Endosomen, Lysosomen und die Plasmamembran. In Pflanzenzellen kommt der Tonoplast hinzu, die Membran der Zentralvakuole.
Außen vor bleiben Mitochondrien und Plastiden wie die Chloroplasten. Ihre Hüllmembranen gehen nicht über Vesikel in ER- oder Dictyosomenmembranen über. Das gilt für die äußere wie für die innere Mitochondrienmembran. Der Grund liegt in ihrer Herkunft. Als semiautonome Organellen besitzen sie eigene DNA und entstehen nur aus ihresgleichen. Mitochondrien vermehren sich durch Teilung und werden nicht aus dem ER neu gebildet. Plastiden gehen aus Proplastiden oder vorhandenen Plastiden hervor, nicht aus Golgi-Vesikeln. Ihre kerncodierten Proteine importieren sie direkt aus dem Cytosol.
Ribosomen fehlen aus einem einfacheren Grund. Sie sind Ribonucleoprotein-Partikel ohne eigene Membran. Auch die Ribosomen am rauen ER sitzen nur außen auf der Membran und fließen nicht mit.
- ER, glatt und rau
- Kernhülle
- Dictyosomen (Golgi)
- Endosomen und Lysosomen
- Tonoplast und Plasmamembran
- Mitochondrien mit beiden Membranen
- Chloroplasten und andere Plastiden
- Ribosomen
Sekretorischer Weg
Der sekretorische Weg führt vom rauen ER zur Zelloberfläche. Sekret- und Membranproteine entstehen am rauen ER und werden im Lumen modifiziert. Die Ribosomen liefern sie nicht direkt an den Golgi-Apparat. Den Weg dorthin übernehmen Vesikel.
Ein Transportvesikel ist ein kleines, membranumschlossenes Bläschen. Es schnürt sich von einer Spendermembran ab und fusioniert mit einer Zielmembran. Fracht trägt es im Lumen und in seiner Membran.
Der Weg lässt sich in vier Schritten beschreiben:
- ER zum Golgi: Vom rauen ER abgeschnürte Transportvesikel bringen die modifizierten Proteine zu den Dictyosomen. So erhalten diese laufend neue Membran vom ER.
- Im Golgi: Die Proteine werden weiter verarbeitet und sortiert, wie bei den Funktionen des Golgi-Apparats beschrieben.
- Golgi zur Oberfläche: Vesikel befördern Sekretproteine, integrale Membranproteine und Lipide zur Plasmamembran.
- Exocytose: Die Vesikelmembran verschmilzt mit der Plasmamembran.
Bei der Exocytose verlässt also kein komplettes Vesikel die Zelle. Seine Membran wird Teil der Plasmamembran, nur der Inhalt gelangt in den Extrazellulärraum. Man kann sich das wie eine Seifenblase vorstellen, die mit einer größeren verschmilzt. Integrale Membranproteine bleiben dabei in der Plasmamembran eingebaut. So erreichen auch Proteine aus dem Golgi-Lumen die Zelloberfläche.
Wie die Abbildung zeigt, liegt die Membranseite, die zum Lumen wies, nach der Fusion außen. Deshalb tragen Glykoproteine ihre Zuckerketten auf der Zelloberfläche.
Endocytose
Die Endocytose kehrt den sekretorischen Weg um. Die Plasmamembran stülpt sich ein und schnürt ein Vesikel nach innen ab. Aufgenommene Stoffe liegen danach in einem membranumschlossenen Kompartiment. Von dort gelangen sie zu Endosomen und Lysosomen.
Die Aufnahme kann selektiv sein. Rezeptoren in der Membran binden bestimmte Moleküle, etwa LDL-Partikel, und reichern sie in der Einstülpung an. Auch ganze Erreger gelangen so in Zellen. Makrophagen umschließen Bakterien mit ihrer Membran. Viele Viren nutzen die Endocytose als Eintrittsweg in die Wirtszelle, mehr dazu bei Bau und Vermehrung der Viren.
Clathrin-umhüllte Vesikel
Bei der rezeptorvermittelten Endocytose lagert sich das Protein Clathrin von der Cytosolseite an die Membran. Es bildet ein korbartiges Gerüst und formt eine Grube, das coated pit. Das Protein Dynamin schnürt die Grube ab. Es entsteht ein clathrin-umhülltes Vesikel (clathrin-coated vesicle) mit einer außen aufgelagerten, borstenartigen Proteinhülle. Kurz darauf löst sich die Hülle ab, und das nun glatte Vesikel kann mit Endosomen fusionieren.
Im Zellschema erkennst du ein solches Vesikel am punktierten, borstigen Saum rund um ein kleines, rundes Bläschen. Es liegt meist nahe der Plasmamembran oder schnürt sich gerade von ihr ab.
Auch raues ER wirkt im Schema punktiert. Dort sitzen die Punkte als Ribosomen auf flachen, langgestreckten Zisternen. Der Clathrinsaum umhüllt dagegen ein kleines, rundes Vesikel.
Quiz
Aussage 1
Chloroplasten gehen aus verschmelzenden Golgi-Vesikeln hervor.
Plastiden entstehen aus Proplastiden oder vorhandenen Plastiden. Mit Golgi-Vesikeln haben sie nichts zu tun.
Aussage 2
Neu synthetisierte Sekretproteine gelangen von den Ribosomen unmittelbar in die Dictyosomen.
Die Proteine werden am rauen ER ins Lumen eingeschleust und modifiziert. Erst Transportvesikel bringen sie vom ER zu den Dictyosomen.
Aussage 3
Bei der Exocytose wird die Vesikelmembran Teil der Plasmamembran, während der Vesikelinhalt nach außen gelangt.
Die Vesikelmembran fusioniert mit der Plasmamembran. Es wird kein komplettes Vesikel aus der Zelle ausgeschleust.
Aussage 4
Die innere Mitochondrienmembran tauscht über Vesikel Membranmaterial mit den Dictyosomen aus.
Mitochondrien sind mit beiden Membranen nicht am Membranfluss beteiligt. Sie vermehren sich durch Teilung.
Aussage 5
Der Zellkern ist über seine Kernhülle, die direkt in die ER-Membran übergeht, in den Membranfluss eingebunden.
Die äußere Kernmembran geht unmittelbar in die ER-Membran über. Damit gehört die Kernhülle zum Endomembransystem.
Aussage 6
Clathrin bildet auf der Außenseite von Vesikeln eine borstenartige Proteinhülle, die im Schema punktiert erscheint.
Clathrin-coated vesicles tragen außen eine borstige Proteinhülle. Daran erkennt man sie als punktierten Saum um ein kleines, rundes Vesikel.
Fehler entdeckt oder eine Idee? Wir verbessern die Inhalte laufend. Melde es uns gerne über dieses Formular ❤️
Teile der Inhalte wurden mithilfe von KI-Systemen erstellt und werden fortlaufend redaktionell geprüft. Trotz Sorgfalt können Fehler enthalten sein. Wichtige Informationen bitte anhand offizieller Quellen prüfen. Relaxed ins Stex ist ein unabhängiges Angebot und steht in keiner Kooperation mit dem IMPP. Das Angebot ist weder vom IMPP autorisiert noch mit diesem verbunden.