Phospholipide als Membranbausteine

Die Zellmembran ist die Hülle jeder lebenden Zelle. Sie trennt das Zellinnere von der Umgebung und ermöglicht gleichzeitig einen kontrollierten Stoffaustausch. Ihr wichtigster Baustein ist das Phospholipid — ein Molekül mit kompliziertem Namen, aber das aufgrund seiner besonderen Struktur der Schlüssel zum Verständnis der Funktion aller Biomembranen ist.

Aufbau eines Phospholipids

Ein Phospholipid besteht aus zwei chemisch sehr unterschiedlichen Bereichen:

1. Kopf (hydrophiler Teil, blau dargestellt)

Der Kopf setzt sich aus vielen polaren Bindungen (z.B. C-0-Bindungen) mit partiell geladenen Atomen zusammen. Eine Besonderheit ist ferner ein richtig positiv geladenes N-Atom und ein negativ geladenes O-Atom. Diese Ionenladungen entsprechen den Ladungen von einatomigen Ladungen, wie z.B. Na⁺ oder Cl⁻. Die partiellen Ladungen und vor allem die Ionenladungen machen diesen Molekülabschnitt eines Phospholipids gut wasserlöslich (hydrophil) — er kann Wasserstoffbrücken zu Wasser-Molekülen ausbilden.

2. Schwänze (hydrophober Teil, grün dargestellt)

Der Rest des Moleküls besteht aus zwei langen Alkylresten aus fast ausschließlich unpolaren C–H-Bindungen. Da diese Ketten keine polaren Gruppen besitzen, gehen sie keine Wechselwirkungen mit Wasser ein, jedoch London-Kräfte zueinander und zu den Alkylresten anderer Phospholipid-Moleküle — sie sind wasserabweisend (hydrophob).

Amphiphiler Charakter

Wegen dieser gegensätzlichen Bereiche nennt man Phospholipide amphiphil (griech.: amphi = beides; philos = liebend): ein und dasselbe Molekül besitzt gleichzeitig einen wasserlöslichen und einen wasserabweisenden Anteil.

Da die Phospholipide eine komplexe Strukturformel haben, werden sie in Skizzen und Simulationen überlicherweise vereinfacht dargestellt: Ein Kreis steht für den polaren, hydrophilen Kopf — die zwei "Schwänze"" für die unpolaren, hydrophoben Kohlenwasserstoffketten.

Diese scheinbar simple Doppelnatur hat eine erstaunliche Konsequenz: Phospholipide ordnen sich in wässriger Umgebung von selbst zu einer charakteristischen Struktur an — ohne äußere Energie. Dazu mehr auf der nächsten Seite.