Membranfluss

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 27. Januar 2017
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Als Membranfluss werden alle Prozesse des interzellulären Stofftransports über das Endomembransystem zusammengefasst. Dazu zählen vor allem Endo-, Exo- und Transzytose, die Zellen durch eine Verlagerung der Membran die Stoffaufnahme und Stoffabgabe ermöglichen. Störungen des Membranflusses können Zellsterben (Apoptose) bedingen.

Inhaltsverzeichnis

Was ist der Membranfluss?

Der Stofftransport zwischen den einzelnen Zellen des Körpers entspricht dem Membrantransport. Die zwei wichtigsten Verfahren des interzellulären Stofftransports sind die Endo- und die Exozytose. Bei der Exozytose werden Stoffe aus einer Zelle ausgeschleust. Bei der Endozytose werden zellfremde Materialien dagegen in eine Zelle aufgenommen. Mit diesem Ziel stülpt sich die Zelle ein und schnürt den Stoff so in ihre Zellmembran ab. Bei diesem Prozess entstehen Vesikel und Vakuolen.

Wenn sich eine Biomembran während des Stofftransports teilweise selbst verlagert, ist von Membranfluss die Rede. Der Membranfluss findet im Endomembransystem statt. Dieses System entspricht der Gesamtheit aller eukaryotischen Organellen, zwischen denen zum vesikulären Transport eine Verbindung besteht.

Neben dem endoplasmatischen Retikulum, den Endosomen, den Lysosomen und der Plasmamembran (Zellmembran) zählt auch der Golgi-Apparat zum Endomembransystem. Vom System ausgenommen sind dagegen Peroxisomen, Mitochondrien und der Zellkern. S

owohl Endo-, als auch Exozytose sind im Rahmen des Membranflusses als Transportprozesse zu nennen. Ein dritter Transportweg des membranverlagernden Stofftransports ist die Transzytose, also der rezeptorvermittelte Transport einer Substanz durch eine Zellmembran.

Funktion & Aufgabe

Die Endozytose des Membranflusses (oder membranverlagernden Stofftransports) entspricht einer Einstülpung der Biomembran. Die Zelle verleibt sich durch die Einstülpung zum Beispiel einen Tropfen Flüssigkeit, bestimmte Makromoleküle oder große Nahrungsteile ein. Manchmal stülpt sie in ihre Membran sogar kleinere Zellen ein.

Nach der Einverleibung des Stoffs schnürt die Zelle ein Endosom in das Cytoplasma ab, das fortan zum Endomembransystem gehört. Das umliegende Medium wandert so teilweise in das Zellinnere. Endozytose ist entweder Phagozytose und hat so feste Partikel zum Ziel oder sie entspricht einer Pinozytose und nimmt gelöste Moleküle auf.

Relevant ist im Zusammenhang mit dem Membranfluss außerdem die rezeptorvermittelte Endozytose, bei der Asialoglykoproteinrezeptoren für die Partikelerkennung sorgen und so die Aufnahme in das Zellinnere auslösen. Diese Art des Membranflusses ist zum Beispiel für die Cholesterinaufnahme relevant.

Von der Endozytose des membranverlagernden Stofftransports ist die Exozytose zu unterscheiden. Bei diesem Vorgang werden Stoffe aus dem Zellinneren herausbefördert und an die Umgebung der Zelle abgegeben. Bei den so transportierten Stoffen handelt es sich zum Beispiel um Stoffe, die von der Zelle selbst produziert werden. Aber auch unverdauliche Überreste können so die Zelle verlassen. Ein sogenanntes Exom oder Transportvesikel verschmilzt bei dem Transportvorgang mit der Membran der Zelle. Von außen umhüllt eine Lipiddoppelschicht das Exom.

Als Membranfluss werden alle Prozesse des interzellulären Stofftransports über das Endomembransystem zusammengefasst.

Im Normalfall ist eine Exozytose mit einer Endozytose assoziiert und heißt dann exozytosegekoppelte Endozytose. Durch die Kombination von Endo- und Exozytose wird einer ungehinderten Zellvergrößerung vorgebeugt. Die exozytosegekoppelte Endozytose erspart der Zelle außerdem die Synthese von Vesikeln und Membranproteinen zu Transportzwecken. Aus diesem Grund ist hierbei häufig von Vesicle Recycling die Rede.

Der dritte Transportweg des Membranflusses ist die Transzytose, die auch als Zytopempsis bezeichnet wird. Dabei handelt es sich um einen rezeptorabhängigen Transport, der extrazelluläres Material durch eine Zelle schleust und damit einer Kombination aus Exo- und Endozytose entspricht. Das dabei gebildete Vesikel gibt die Zelle an eine Nachbarzelle ab oder transportiert es in den Extrazellulärraum. Der Inhalt des Vesikels bleibt dabei unverändert. Diese Transportart betrifft vor allem die Epithelzellen in den Gefäßen und im Darm.

Als Rezeptoren für Transzytose sind vor allem Fc-Rezeptoren einer bestimmten Gruppe bekannt, die in der Plazenta und im apikal kindlichen Darmepithel zu finden sind. In der Plazenta übernehmen sie vor allem den Transport von mütterlichem IgG in das Kind.

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Krankheiten & Beschwerden

Wenn der Stofftransport durch membranverändernde Transportprozesse gestört ist, liegt dem häufig eine Mutation der beteiligten Transportproteine, Transportenzyme oder Rezeptoren zugrunde. Etliche Krankheiten stehen mit einem defekten Membrantransport in Zusammenhang.

Tumore sind beispielsweise mit einer erschwerten Endozytose assoziiert. Dasselbe gilt für Infektionen und neurogenerative Erkrankungen wie Neuropathien mit eingeschränkter Gehfähigkeit und verringerter Nervenleitgeschwindigkeit oder Gefühlsstörungen. So ist die Endozytose zum Beispiel bei der Huntington-Krankheit gestört. Bei dieser Erkrankungen lösen sterbende Nervenzellen Symptome wie Bewegungsstörungen und Wesensänderungen aus. Eine Mutation des Proteins Huntingtin ist die Ursache für die Erkrankung.

Gestörte Exozytose kann ebenso schwerwiegende Folgen haben. Die Exozytose von Neurotransmittern kann zum Beispiel durch Toxine behindert sein. Bakterielle Toxine können durch eine Behinderung des Membranflusses Krämpfe oder Lähmungen auslösen. Die Exozytose ist außerdem bei Stoffwechselerkrankungen wie der Mukoviszidose von Störungen betroffen. Bei dieser Erkrankung werden neben dem Bronchialsekret das Bauchspeicheldrüsen- und Gallensekret zähflüssig, was Funktionsstörungen der Organe zur Folge hat. Eine gestörte Pinozytose wird mittlerweile mit Erkrankungen wie Alzheimer, mit Stoffwechselstörungen, erhöhten Cholesterinwerten und mit Wesensveränderungen in Zusammenhang gebracht.

Letztlich kann gestörter Membranfluss auch im Magen-Darm-Trakt schwere Störungen zur Folge haben und ist so zuweilen auch mit Magen-Darm-Erkrankungen assoziiert. Die Auswirkungen von Einschränkungen im Membranfluss sind entsprechend vielfältig und haben schlimmstenfalls Zellsterben zur Folge. Die Zellen können im Rahmen von Membranflussstörungen oft keine oder nur noch wenige lebenswichtige Stoffe aufnehmen und können überflüssige oder sogar giftige Stoffe kaum noch oder überhaupt nicht mehr ausscheiden.

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