Phospholipid-Doppelschicht

Phospholipide sind amphiphile Moleküle: Der Kopfteil der Moleküle ist hydrophil. Aufgrund zahlreicher polarer Bindungen in diesem Abschnitt mit partiell geladenen Atomen können sie leicht Wasserstoffbrücken und Dipol-Dipol-Wechselwirkungen mit Wassermolekülen eingehen. Die beiden langen hydrophoben Molekülketten ("Schwänze") bestehen dagegen hauptsächlich aus unpolaren Kohlenwasserstoffketten, die keine starken Wechselwirkungen mit Wasser eingehen können, sie aber untereinander über London-Kräfte anziehen.

Diese Molekülstruktur führt dazu, dass sich die Moleküle in wässriger Umgebung spontan zu einer Doppelschicht anordnen: Die hydrophilen Köpfe werden zum Wasser hingezogen, die hydrophoben Schwänze richten sich vom Wasser weg zueinander aus. Das Ergebnis ist eine stabile, geordnete Struktur – die Phospholipid-Doppelschicht – die die Grundlage jeder Biomembran bildet.

Dieser Prozess der Selbstorganisation läuft ohne externe Energie ab und ist die direkte Folge des hydrophoben Effekts. Die Zelle muss lediglich die Phospholipide als Bauseine bereitstellen.

Aufgaben:

1. Starte die Simulation. Beobachte das Verhalten der Phospholipid-Moleküle über längere Zeit. Überlege folgende Leitfragen:
   • Warum bewegen sich die Moleküle überhaupt? Ist das realistisch?
   • Warum ordnen sich die Moleküle spontan zu einer Doppelschicht an? Welche Wechselwirkungen wirken zwischen den Phosphlipid-Köpfen und den Wasser-Molekülen? Welche zwischen den Schwänzen untereinander und gegenüber Wasser-Molekülen?
2. Greife mit der Maus (oder dem Finger) einzelne Phospholipide und verschiebe sie. Was passiert, wenn du sie loslässt?
3. Wechsle das Medium von Wasser auf ein hydrophobes Lösungsmittel wie z.B. Benzin. Beobachte, wie sich die Anordnung der Phospholipide ändert. Begründe diese Änderungen wiederum über die Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Molekülen.