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Lexikon der Biologie: Membranfusion

Membranfusion w [von *membran- , Fusion], fundamentales Phänomen bei Zellteilung (Cytokinese) und Zellfusion (etwa die Verschmelzung von (+)- und (–)-Zellen bzw. männlichen und weiblichen Gameten bei der „Befruchtung“), aber auch intrazellulär bei Exocytose- und Endocytosevorgängen (Exocytose, Endocytose). Die elektronenmikroskopische Analyse der Membranfusion zeigt, daß die beiden Membranen sich so eng aneinanderlagern, daß nicht mehr 2 Einheitsmembranen, sondern nur noch 3 dunkle Linien aufgelöst werden können, deren mittlere allerdings dicker erscheint. Gefrierbruchuntersuchungen (Gefrierätztechnik) haben gezeigt, daß im Fusionsbereich Membranproteine fehlen, d.h. reine Lipiddoppelschichten vorherrschen. Da aber auch proteinfreie Liposomen nicht spontan miteinander verschmelzen, kann man postulieren, daß Konformationsänderungen (Konformation) beteiligter Proteine mechanische Zwänge ausüben, die zur Fusion der Lipidbereiche führen. Die Fusion zweier Membranen ( vgl. Abb. ) erfordert eine starke Annäherung und eine Verdrängung von Wasser von der hydrophilen Membranoberfläche, die energetisch sehr aufwendig ist. Im Fall der Coatomer-bedeckten Transportvesikel (coated vesicles) erfordert die Fusion mit der Zielmembran z.B. ATP (Adenosintriphosphat), GTP (Guanosin-5'-triphosphat), Acyl-Coenzym A und mehrere Proteinkomponenten. Diese speziellen Fusionsproteine, die einen Weg zur Überwindung dieser Barriere eröffnen, katalysieren die Fusion. Die sog. SNARE-Hypothese (nach J.E. Rothman et al. 1993; SNARE) beschreibt die Fusion von Transportvesikeln und Zielmembran ( vgl. Infobox ). Künstlich hervorgerufene Membranfusionen zwischen ganzen Zellen (Zellfusion) gehören seit ihrer Einführung (ca. 1960) zur Routinemethode bei der Herstellung von Heterokaryonen (Heterokaryose) und Zellhybriden. regulierte Exocytose.

B.L./S.Kl.



Membranfusion

Schematische Darstellung einer Membranfusion. Natürliche Fusionsvorgänge sind z.B. die Verschmelzung von Ei- und Samenzelle bei der „Befruchtung“ oder die Verschmelzung der Myoblasten bei der Entstehung der vielkernigen Skelettmuskelzellen.

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