5.1C: Membranfluidität

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Membranfluidität

Es gibt mehrere Faktoren, die zur Membranfluidität führen. Erstens trägt die Mosaikeigenschaft der Membran dazu bei, dass die Plasmamembran flüssig bleibt. Die integralen Proteine und Lipide existieren in der Membran als separate, aber lose verbundene Moleküle. Die Membran ist nicht wie ein Luftballon, der sich ausdehnen und zusammenziehen kann; sie ist vielmehr ziemlich starr und kann platzen, wenn sie durchdrungen wird oder wenn eine Zelle zu viel Wasser aufnimmt. Aufgrund ihrer mosaikartigen Beschaffenheit kann eine sehr feine Nadel jedoch leicht in eine Plasmamembran eindringen, ohne sie zum Platzen zu bringen; die Membran wird fließen und sich selbst versiegeln, wenn die Nadel herausgezogen wird.

Abbildung \(\PageIndex{1}\): Membranfluidität: Die Plasmamembran ist eine flüssige Kombination aus Phospholipiden, Cholesterin und Proteinen. Kohlenhydrate, die an Lipide (Glykolipide) und an Proteine (Glykoproteine) gebunden sind, erstrecken sich von der nach außen gerichteten Oberfläche der Membran.

Der zweite Faktor, der zur Fluidität führt, ist die Art der Phospholipide selbst. In ihrer gesättigten Form sind die Fettsäuren in den Phospholipidschwänzen mit gebundenen Wasserstoffatomen gesättigt; es gibt keine Doppelbindungen zwischen benachbarten Kohlenstoffatomen. Dies führt dazu, dass die Schwänze relativ gerade sind. Im Gegensatz dazu enthalten ungesättigte Fettsäuren nicht die maximale Anzahl von Wasserstoffatomen, obwohl sie einige Doppelbindungen zwischen benachbarten Kohlenstoffatomen enthalten; eine Doppelbindung führt zu einer Biegung von etwa 30 Grad in der Kohlenstoffkette. Wenn also gesättigte Fettsäuren mit ihren geraden Enden durch sinkende Temperaturen komprimiert werden, drücken sie sich gegenseitig zusammen und bilden eine dichte und ziemlich starre Membran. Wenn ungesättigte Fettsäuren komprimiert werden, winkeln die „Knicke“ in ihren Schwänzen benachbarte Phospholipidmoleküle ab, so dass zwischen den Phospholipidmolekülen etwas Platz bleibt. Dieser „Spielraum“ trägt dazu bei, dass die Membran bei Temperaturen flüssig bleibt, bei denen Membranen mit gesättigten Fettsäureschwänzen in ihren Phospholipiden „einfrieren“ oder erstarren würden. Die relative Fließfähigkeit der Membran ist in einer kalten Umgebung besonders wichtig. In einer kalten Umgebung werden Membranen, die größtenteils aus gesättigten Fettsäuren bestehen, zusammengedrückt, wodurch sie weniger flüssig und anfälliger für Risse werden. Viele Organismen (z. B. Fische) sind in der Lage, sich an eine kalte Umgebung anzupassen, indem sie den Anteil der ungesättigten Fettsäuren in ihren Membranen als Reaktion auf die Senkung der Temperatur verändern.

Bei Tieren ist der dritte Faktor, der die Membranen flüssig hält, Cholesterin. Es liegt neben den Phospholipiden in der Membran und neigt dazu, die Auswirkungen der Temperatur auf die Membran zu dämpfen. Cholesterin fungiert also als Puffer, der verhindert, dass niedrigere Temperaturen die Fluidität beeinträchtigen und dass höhere Temperaturen die Fluidität zu sehr erhöhen. Cholesterin erweitert in beide Richtungen den Temperaturbereich, in dem die Membran angemessen flüssig und folglich funktionsfähig ist. Cholesterin dient auch anderen Funktionen, wie der Organisation von Clustern von Transmembranproteinen in Lipid Rafts.

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