Phospholipide und biologische Membranen

Triglyceride werden als einfache Lipide klassifiziert, da sie aus nur zwei Arten von Verbindungen gebildet werden: Glycerin und Fettsäuren. Komplexe Lipide enthalten dagegen mindestens eine zusätzliche Komponente, beispielsweise eine Phosphatgruppe (Phospholipide) oder einen Kohlenhydratteil (Glycolipide). Abbildung \(\pageIndex{2}\) zeigt ein typisches Phospholipid, das aus zwei Fettsäuren besteht, die an Glycerin (ein Diglycerid) gebunden sind. Die beiden Fettsäure-Kohlenstoffketten können beide gesättigt, beide ungesättigt oder jeweils eine davon sein. Anstelle eines anderen Fettsäuremoleküls (wie bei Triglyceriden) ist die dritte Bindungsposition am Glycerinmolekül von einer modifizierten Phosphatgruppe besetzt.

Die molekulare Struktur von Lipiden führt zu einem einzigartigen Verhalten in wässrigen Umgebungen. Abbildung \(\pageIndex{1}\) zeigt die Struktur eines Triglycerids. Da alle drei Substituenten am Glycerinrückgrat lange Kohlenwasserstoffketten sind, sind diese Verbindungen unpolar und nicht signifikant von polaren Wassermolekülen angezogen — sie sind hydrophob. Umgekehrt haben Phospholipide wie das in Abbildung \ (\pageIndex{2}\) gezeigte eine negativ geladene Phosphatgruppe. Da das Phosphat geladen ist, ist es in der Lage, Wassermoleküle stark anzuziehen, und ist daher hydrophil oder „wasserliebend“. Der hydrophile Teil des Phospholipids wird oft als polar „Kopf“ und die langen Kohlenwasserstoffketten als unpolare „Schwänze“ bezeichnet.“ Ein Molekül, das einen hydrophoben Teil und einen hydrophilen Teil aufweist, wird als amphipathisch bezeichnet. Beachten Sie die Bezeichnung „R“ innerhalb des hydrophilen Kopfes in Abbildung \ (\pageIndex {2}\), was darauf hinweist, dass eine polare Kopfgruppe komplexer sein kann als eine einfache Phosphateinheit. Glycolipide sind Beispiele, bei denen Kohlenhydrate an die Kopfgruppen der Lipide gebunden sind.

Die amphipathische Natur von Phospholipiden ermöglicht es ihnen, in wässriger Umgebung einzigartige funktionelle Strukturen zu bilden. Wie bereits erwähnt, werden die polaren Köpfe dieser Moleküle stark von Wassermolekülen angezogen, und die unpolaren Schwänze nicht. Aufgrund ihrer beträchtlichen Länge werden diese Schwänze tatsächlich stark voneinander angezogen. Als Ergebnis werden energetisch stabile, großflächige Anordnungen von Phospholipidmolekülen gebildet, in denen sich die hydrophoben Schwänze in geschlossenen Bereichen versammeln, die durch die Polarköpfe vor dem Kontakt mit Wasser geschützt sind (Abbildung \(\pageIndex{3}\)). Die einfachsten dieser Strukturen sind Mizellen, kugelförmige Anordnungen, die ein hydrophobes Inneres von Phospholipidschwänzen und eine äußere Oberfläche von polaren Kopfgruppen enthalten. Größere und komplexere Strukturen werden aus Lipiddoppelschichtfolien oder Einheitsmembranen erzeugt, bei denen es sich um große, zweidimensionale Anordnungen von Phospholipiden handelt, die sich von Schwanz zu Schwanz versammeln. Die Zellmembranen fast aller Organismen bestehen aus Lipiddoppelschichtfolien, ebenso wie die Membranen vieler intrazellulärer Komponenten. Diese Blätter können auch Lipiddoppelschichtkugeln bilden, die die strukturelle Basis von Vesikeln und Liposomen bilden, subzellulären Komponenten, die bei zahlreichen physiologischen Funktionen eine Rolle spielen.