Phospholipid-Doppelschicht

Phospholipid-Doppelschichten bilden die Plasmamembran, die alle Zellen umgibt. Die Moleküle, aus denen die Zellmembran besteht, werden Phospholipide genannt.

Struktur der Phospholipide

Phospholipide sind amphipathische Moleküle. Das bedeutet, dass sie einen hydrophilen, polaren Phosphatkopf und zwei hydrophobe Fettsäureschwänze haben. Diese Komponenten der Phospholipide bewirken, dass sie sich so ausrichten, dass der Phosphatkopf mit Wasser in Wechselwirkung treten kann und die Fettsäureschwänze nicht, so dass eine Doppelschicht entsteht. Diese Anordnung kann auch als biomolekulare Schicht bezeichnet werden, da die hydrophoben Schwänze jeder einzelnen Lipidschicht miteinander interagieren und einen hydrophoben Innenraum bilden, der als Permeabilitätsbarriere wirkt. Der hydrophile Kopf besteht aus Gycerol und einer Phosphatgruppe – es ist die Phosphatgruppe, die den Kopf hydrophil macht. Der hydrophobe Schwanz besteht aus zwei Fettsäureketten, von denen eine normalerweise eine Cis-Doppelbindung (C=C) enthält. Durch diese Doppelbindung knickt der Schwanz ab, was die Packungsstruktur und die Fließfähigkeit der Doppelschicht beeinträchtigt. In den Plasmamembranen von Säugetieren lassen sich 4 Hauptstrukturen von Phospholipiden finden:

• Phosphatidylethanolamin
• Phosphatidylserin (negativ geladen)
• Phosphatidylcholin
• Sphingomyelin

Außer diesen enthält die Membran auch verschiedene andere Lipidarten wie Cholesterin und Proteine. Diese Moleküle tragen wesentlich zur Masse der Membran bei. Einige der Fettsäuren in den Phospholipidmolekülen sind ungesättigt und weisen eine oder mehrere Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen in ihrer Kohlenwasserstoffkette auf. Diese Doppelbindungen erzeugen einen Knick in den hydrophoben Schwänzen. Diese Knicke verhindern, dass benachbarte Phospholipidmoleküle zu eng aneinander gepackt werden, wodurch die Fließfähigkeit der Doppelschicht erhöht wird. Auch die Länge der Fettsäureschwänze hat einen Einfluss auf die Fließfähigkeit der Doppelschicht. Wenn die Fettsäureketten in der Doppelschicht kürzer sind, ist die Wahrscheinlichkeit geringer, dass sie aneinander „kleben“, und sie sind weniger dicht gepackt, was die Fließfähigkeit der Membran erhöht. Die Doppelschicht ist so angeordnet, dass die Phospholipidköpfe nach außen und die Fettsäureketten nach innen zeigen, wobei Cholesterin und Proteine in der Membran verstreut sind. Diese Struktur wird als flüssig bezeichnet, weil die Phospholipide entlang der Membran diffundieren können. Die Doppelschicht kann sich in wässriger Umgebung spontan bilden, was bedeutet, dass sie auch selbstabdichtend ist. Dies ist darauf zurückzuführen, wie der hydrophobe Schwanz und der hydrophile Kopf reagieren, wenn sie mit Wasser in Berührung kommen. Der hydrophile Kopf ist in Wasser löslich, da er geladen oder polar ist. Dadurch kann er elektrostatische Kräfte oder Wasserstoffbrückenbindungen mit den Wassermolekülen bilden. Der hydrophobe Schwanz hingegen ist in Wasser unlöslich, da er ungeladen und unpolar ist, d. h. er kann keine Wechselwirkungen mit Wassermolekülen eingehen. Daher sind die Phospholipide bei der Bildung der Doppelschicht so angeordnet, dass sich die Schwänze in der Mitte der Doppelschicht und die Köpfe an der Außenseite befinden.

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