Phospholipide sind Moleküle, die aus hydrophoben Fettsäuren und einer hydrophilen Phosphatgruppe bestehen. Sie kommen in verschiedenen Formen und in allen Zellmembranen vor und sind essenziell für die Zelle.
Phospholipide – Definition
Phospholipide bestehen aus einer Phosphatgruppe, an der immer zwei Fettsäuren gebunden sind. Fettsäuren gehören zu den Lipiden, was auch den Namen des Moleküls erklärt. Beide Gruppen sind über Glycerin verbunden. Am Kopf der Phosphatgruppe sitzt dazu ein Rest, meistens handelt es sich um Cholin. Es sind aber auch andere Reste möglich. Hat ein Phospholipid Glycerin als "Verbindungsstück" werden sie auch als Phosphoglyceride bezeichnet.
Die Phosphatgruppe und der Rest in Verbindung mit dem Glycerin sind polar und somit hydrophil, die Fettsäuren sind unpolar und deswegen lipophil und hydrophob.
Diese Eigenschaft, sowohl hydrophil als auch lipophil respektive unpolar sowie polar zu sein, nennt man amphiphil.
Sie kommen in jeglichen Zellmembranen vor und sind somit ein fester Bestandteil jeder Zelle. Wegen ihres Vorkommens in der Zellmembran zählen sie zu den Membranlipiden.
Polare Moleküle enthalten Atome mit deutlich abweichenden Elektronegativitäten, wodurch es zu Partialladungen kommt. Die Elektronegativität eines Moleküls zeigt an, wie stark es Elektronen zu sich ziehen kann. Ein stärker elektronegatives Atom kann so einem schwächeren innerhalb des Moleküls ein Elektron "entziehen", wodurch das schwächere Atom eine positive Ladung annimmt.
Das bezieht sich jedoch auf den Verbund im Molekül und nicht bei einzelnen Atomen. Das stärkere Atom ist aufgrund der negativen Ladung eines Elektrons somit negativer geladen als zuvor. Unpolare Moleküle enthalten entweder überwiegend gleiche Atome oder solche, die sich in ihren Elektronegativitäten kaum unterscheiden. Dadurch kommt es nicht zu Partialladungen.
Phospholipide – Aufbau
Wie schon in der Definition beschrieben, bestehen Phospholipide aus 4 Teilen:
- Rest (Cholin, Ethanolamin etc.)
- Phosphatgruppe
- Glycerin
- Fettsäuren
Ein Phospholipid mit dem Rest Cholin wird als Lecithin bezeichnet, von dem es viele verschiedene Varianten gibt. Glycerin, der Rest und die Phosphatgruppe bilden den Kopf und sind über Esterbindungen verbunden. Die Esterbindungen entstehen, wenn eine OH-Gruppe und eine COOH-Gruppe aufeinandertreffen und sich daraufhin ein Wassermolekül abspaltet, sodass zwei Moleküle über ein Sauerstoffatom verbunden sind. Diesen Vorgang kannst Du Dir in der folgenden Abbildung anschauen:Die Fettsäuren werden als Schwanz bezeichnet. In der Regel sind es unterschiedliche Fettsäuren, die an das Glycerin-Molekül gebunden sind. Schau Dir in der folgenden Abbildung an, wie ein Phospholipid zusammengesetzt aussieht:
Formal gesehen sind Phospholipide Triglyceride.
Triglyceride sind Glycerin-Moleküle mit drei Resten, also Bindungspartnern. Es gibt auch Diglyceride, diese haben dann dementsprechend nur 2 Reste gebunden. Ein Rest ist durch den Phosphat-Kopf gegeben, die anderen beiden durch die Fettsäuren.
Außerdem unterscheidet man je nach Aufbau noch 2 Arten von Membranlipiden:
- Phosphoglyceride: besitzen 1 - 2 Fettsäuren am Glycerin
- Sphingomyeline: besitzen nur eine Fettsäure und haben zusätzlich ein Sphingosin als "Ersatz" für die fehlende zweite Fettsäure; besitzen kein Glycerin
Phospholipide – Eigenschaften
Durch den neutralen Zwischenraum ist eine Biomembran aus Phospholipiden für geladene oder polare Moleküle praktisch nicht durchlässig, sondern dementsprechend nur für unpolare Moleküle. Deswegen sind integrierte Membranproteine umso wichtiger für Biomembranen. Durch sie können eben solche Moleküle, die die Membran nicht natürlich passieren können, in die Zelle hinein oder aus ihr heraus gelangen.
Je nach Fettsäuren, die am Glycerin gebunden sind, hat eine Doppellipidschicht verschieden hohe Fluidität. Als Fluidität bezeichnet man bei Membranen die Fähigkeit, dass sich z. B. Proteine innerhalb der Membran bewegen können. Im Gegensatz dazu steht die Viskosität. Je höher diese ist, desto starrer und unbeweglicher ist eine Membran und Proteine können sich kaum in ihr bewegen.
Phospholipide – Vorkommen
Phospholipide kommen in Zellmembranen und Liposomen als Doppellipidschicht und in Mizellen als einfache Lipidschicht vor.
Zellmembranen
Zellmembranen sind Doppellipidschichten. Das bedeutet, dass die unpolaren Schwänze zusammen organisiert sind und die beiden Seiten der Köpfe diesen inneren Teil abgrenzen. Um die Doppellipidschicht herum ist es somit hydrophil und im Inneren der Schicht hydrophob.
Liposomen
Liposomen sind sozusagen leere Vesikel und bilden sich in Wasser aufgrund der unterschiedlichen Polaritäten der beteiligten Moleküle. Sie können also Stoffe aufnehmen und mit der Zellmembran verschmelzen, um diese aus der Zelle zu schleusen. Liposomen bestehen, wie die Zellmembran, aus einer Doppellipidschicht.
Die unpolaren Schwänze ordnen sich also ebenfalls so zusammen, sodass die Köpfe den inneren Teil der Doppellipidschicht nach außen hin abschirmen und im Inneren ein abgegrenzter, hydrophiler Bereich entsteht. Das bedeutet, dass in einem Liposom theoretisch auch Wasser eingelagert sein könnte.
Mizellen
Mizellen hingegen bestehen nur aus einer einzelnen Lipidschicht, deren Köpfe ebenfalls nach außen gerichtet sind. Die Schwänze befinden sich somit in der Mizelle und es herrscht ein hydrophobes Milieu. Sie könnten also kein Wasser einlagern. Die folgende Abbildung zeigt Dir den Aufbau eines Liposoms, einer Mizelle und einer Doppellipidschicht, wie sie in Biomembranen vorkommt:
Phospholipide – Wirkung
Phospholipide - insbesondere Doppellipidschichten - verleihen der Zelle lebensnotwendige Fähigkeiten wie Stabilität und Durchlässigkeit, aber auch Flexibilität. In der Doppellipidschicht stecken Proteine und Kanäle, die Moleküle in die Zelle schleusen und sie auch wieder herauslassen können.
Phospholipide - aber auch Proteine - sind in der Zellmembran auch sehr flexibel und können sich wie in einer Flüssigkeit bewegen. Das wird als Flüssig-Mosaik-Modell bezeichnet. Mosaik deswegen, weil es aus ganz verschiedenen Teilen zusammengesetzt ist. Phospholipide können sich seitlich in der Ebene der Membran bewegen. Das wird auch als laterale Diffusion bezeichnet.
Sie können sich aber auch um ihre eigene Achse drehen oder die Seite der Membran unter Energieverbrauch wechseln. Das wird als Flipflop bezeichnet und wird durch die Enzyme Flippase, Floppase und Scramblase ermöglicht. Schau Dir in der folgenden Tabelle an, was ihre Unterschiede sind.
| Enzym | Betreffende Phospholipide | Aktivität |
| Flippase | PhospatidylserinPhosphatidylethanolamin | meistens Drehen der Phospholipide zur Außenseite der Zellmembran |
| Floppase | PhosphatidylcholinCholesterolSphingolipide | meistens Eindrehen zur Innenseite der Zellmembran |
| Scramblase | alle | unspezifisches Umdrehen von innen nach außen oder andersherum |
Das Umdrehen der Phospholipide ist nicht zufällig, sondern hat auch einen wichtigen Zweck für die Zellmembran. Durch den Flipflop wird die Asymmetrie der Zellmembran erhalten. Asymmetrisch bedeutet in diesem Zusammenhang nur, dass sich auf beiden Seiten der Membran nicht das Gleiche befindet. Eine Seite ist nämlich dem Cytoplasma zugewandt, während die andere Seite zum extrazellulären Raum zeigt.
Die nach innen gerichtete Seite heißt P-Seite (für plasmatisch), die nach außen gerichtete E-Seite (für extraplasmatisch).
Die Beweglichkeit der Membran ist auch deshalb wichtig, weil die Zelle so Endo- und Exozytose betreiben kann, was fundamentale Funktionen sind!
Endozytose ist die Aufnahme von Stoffen aus dem extrazellulären Raum, Exozytose die Abgabe von Stoffen in den extrazellulären Raum.
In der letzten Tabelle hast Du vielleicht schon erkannt, dass es verschieden Phospholipide gibt. Diese Phospholipide haben spezielle Aufgaben in verschiedenen Zelltypen und unterscheiden sich anhand ihres Rests, der am Phosphat-Kopf hängt. Hier eine Übersicht über die wichtigsten verschiedenen Membranlipide:
| Phospholipid | Aufgabe |
| Phosphatidylcholin (Lecithin) | - "Standard"-Phospholipid, wie es in Zellmembranen zu finden ist
- Abbau von Toxinen, Fettstoffwechsel und Neuronen
- Verdauung/Stoffwechsel
- Herz-/Hirn-Funktion
- aus mehreren Phospholipiden und Fettsäuren zusammengesetzt
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| Phosphatidylinositol | |
| Phosphatidylserin | - enthält die Aminosäure Serin
- wichtig für Herz-Kreislaufsystem und Regulierung des Blutdrucks
- vermehrt im Gehirn zu finden
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| Sphingolipide | - in Myelinscheiden von Axonen (Neuronen)
|
Phospholipide sind ebenfalls in der Immunabwehr wichtig. Sie helfen der Zelle dabei, sich vor Toxinen zu schützen, sodass diese nicht in die Zelle eintreten und Schaden anrichten können.
Entstehung und Abbau von Phospholipiden
Phospholipide werden am glatten endoplasmatischen Retikulum gebildet. Sie werden dann in Vesikel verpackt und erreichen so den Ort an der Membran, an dem sie gebraucht werden. Abgebaut werden sie wiederum durch ein Enzym, welches sich Phospholipase nennt. Das wird z. B. während der molekularen Signalweiterleitung zwischen Zellen gemacht.
Phospholipide - Das Wichtigste
- Phospholipide bestehen aus einem hydrophilen, polaren Kopf und einem hydrophoben, unpolaren Schwanz. Sie sind also amphiphil.
- Der Kopf besteht aus einem Rest, einer Phosphatgruppe und einem Glycerin.
- In einer Biomembran sammeln sich Phospholipide zu einer Doppellipidschicht zusammen, bei der die Schwänze sich zueinander wenden und so die Innenseite bilden. Die Köpfe sind somit nach außen gerichtet und haben Kontakt zum Cytosol und zum extrazellulären Raum.
- Verschiedene Reste beeinflussen die Aufgabe des Phospholipids. Nicht jede Zelle hat die gleiche Biomembran, genauer gesagt die gleiche Zusammensetzung aus Phospholipiden.
- Sie können sich innerhalb der Membran bewegen und sogar gedreht werden, da sie sich wie eine Flüssigkeit verhalten.
- Sie können sich spontan zu Liposomen, Mizellen und zu einer Doppellipidschicht zusammenfügen.
- Die fehlende Polarität der Innenseite lässt nur sehr wenige Moleküle passieren und schützt die Zelle somit.
- Sie beherbergen Proteine/Carrier, die für den Stoffwechsel und die Zellkommunikation wichtig sind.
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