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5.2: Membran-Flüssigkeit
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Membrane Fluidity
 
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5.2: Membrane Fluidity

5.2: Membran-Flüssigkeit

Cell membranes are composed of phospholipids, proteins, and carbohydrates loosely attached to one another through chemical interactions. Molecules are generally able to move about in the plane of the membrane, giving the membrane its flexible nature called fluidity. Two other features of the membrane contribute to membrane fluidity: the chemical structure of the phospholipids and the presence of cholesterol in the membrane.

Fatty acids tails of phospholipids can be either saturated or unsaturated. Saturated fatty acids have single bonds between the hydrocarbon backbone and are saturated with the maximum number of hydrogens. These saturated tails are straight and can, therefore, pack together tightly. In contrast, unsaturated fatty acid tails contain double bonds between carbon atoms, giving them a kinked shape and preventing tight packing. Increasing the relative proportion of phospholipids with unsaturated tails results in a more fluid membrane. Organisms like bacteria and yeasts that experience environmental temperature fluctuations are able to adjust the fatty acid content of their membranes to maintain a relatively constant fluidity.

In cell membranes, cholesterol is able to interact with heads of phospholipids, partly immobilizing the proximal part of the hydrocarbon chain. This interaction decreases the ability of polar molecules to cross the membrane. Cholesterol also prevents the phospholipids from packing together tightly, thereby preventing the likelihood of membrane freezing. Likewise, cholesterol acts as a structural buffer when temperatures get to warm, limiting excessive fluidity.

Cholesterol is also proposed to have a role in the organization of membrane lipids and proteins into functional groups called lipid rafts. These groups of proteins, phospholipids, and cholesterol are thought to compartmentalize regions of the membrane, positioning molecules with similar roles in close proximity to one another. However, the specific structure and function of these membrane patches are unclear and an active area of research.

Zellmembranen bestehen aus Phospholipiden, Proteinen und Kohlenhydraten, die aufgrund chemischer Wechselwirkungen lose aneinandergebunden sind. Die Moleküle sind im Allgemeinen in der Lage, sich in der Ebene der Membran zu bewegen. Dadurch wird die als Fluidität bezeichnete flexible Natur der Membran erhalten. Zwei weitere Merkmale der Membran tragen zur ihrer Fluidität der Membran: die chemische Struktur der Phospholipide und das Vorhandensein von Cholesterin in der Membran.

Die Fettsäurereste der Phospholipide können entweder gesättigt oder ungesättigt sein. Gesättigte Fettsäuren haben Einzelbindungen zwischen dem Kohlenwasserstoffgerüst und sind mit der maximalen Anzahl von Wasserstoff gesättigt. Diese gesättigten Reste sind geradlinig und können sich daher dicht zusammenfügen. Im Gegensatz dazu enthalten ungesättigte Fettsäurereste Doppelbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen, was ihnen eine geknickte Form verleiht und eine dichte Packung verhindert. Die Erhöhung des relativen Anteils von Phospholipiden mit ungesättigten Enden führt zu einer flüssigeren Membran. Organismen wie Bakterien und Hefen, die Temperaturschwankungen der Umgebung ausgesetzt sind, können den Fettsäuregehalt ihrer Membranen so anpassen, dass eine relativ konstante Fließfähigkeit erhalten bleibt.

In den Zellmembranen kann Cholesterin mit den Köpfen der Phospholipide interagieren und den proximalen Teil der Kohlenwasserstoffkette teilweise immobilisieren. Diese Wechselwirkung vermindert die Fähigkeit der polaren Moleküle, die Membran zu durchqueren. Cholesterin verhindert auch, dass sich die Phospholipide fest zusammenlagern. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit des Einfrierens der Membran minimiert. Ebenso wirkt Cholesterin als Strukturpuffer, wenn die Temperaturen zu warm werden. So wird auch einer übermäßigen Fluidität vorgebeugt.

Außerdem wird angenommen, dass Cholesterin eine Rolle bei der Organisation von Membranlipiden und-proteinen in funktionelle Gruppen spielt. Diese nennt man Lipid Rafts. Es wird vermutet, dass diese Gruppen von Proteinen, Phospholipiden und Cholesterin die Regionen der Membran abschotten und Moleküle mit ähnlichen Funktionen in unmittelbarer Nähe zueinander positionieren. Die spezifische Struktur und Funktion dieser Membranflecken sind jedoch unklar und ein aktives Forschungsgebiet.


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