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Lexikon der Biologie: Membranfluidität

Membranfluiditätw [von *membran- , latein. fluidus = flüssig], Flüssigkeitseigenschaft (Fluidität) einer Lipid-Membran, die von der Lipidzusammensetzung (Membranlipide) und der Temperatur abhängt. Die Lipidmoleküle (Lipide) werden von relativ schwachen hydrophoben Wechselwirkungen zusammengehalten, die Drehungen um die Längsachse (Rotation, Rotationsdiffusion) und laterale Diffusion der Lipidmoleküle in der flüssigen (fluiden) Lipiddoppelschicht ermöglichen. Phospholipide haben in Membranen laterale Diffusionskoeffizienten (Diffusion) von 10–7–10–8 cm2·s–1. Bei sinkender Temperatur bleibt die Membran zunächst flüssig, ab einem kritischen Wert verfestigt sie sich gelartig. Dieser Prozeß wird als Phasenübergang bezeichnet. Die Doppelbindungen ungesättigter Fettsäuren erhöhen die Fluidität einer Membran, da sie Knicke aufweisen, die eine dichte Packung der Moleküle verhindern (Membran [Abb.]). Je höher der Anteil an ungesättigten Fettsäuren ist, desto niedriger liegt die Fest-Flüssig-Übergangstemperatur der Membran. Cholesterin, das in den Plasmamembranen tierischer Zellen zwischen den Phospholipidmolekülen eingelagert ist, vermindert bei mäßiger Temperatur die Membranfluidität, da es aufgrund des starren Steroid-Ringsystems die Bewegung der Phospholipide einschränkt. In der Kälte wirkt es der gelartigen Membranverfestigung entgegen, da der Steroideinbau die hochgeordnete Packung der Fettsäureketten verhindert. – Die Fluidität einer Membran ist eine wichtige Voraussetzung für ihre Funktion; ändert sie sich, so ändert sich auch die Permeabilität (Membranpermeabilität) und auch die Aktivität eingelagerter Proteine (Membranproteine). Die Diffusionskoeffizienten für integrale Proteine in Biomembranen liegen in der Größenordnung von 10–9–10–11 cm2·s–1, wobei die laterale Beweglichkeit zum Teil durch Verbindungen mit der extrazellulären Matrix oder dem Cytoskelett (Zellskelett) aufgehoben ist. Transportvorgänge (Membrantransport) und Enzymaktivitäten (Enzyme) kommen zum Erliegen, wenn die Membran sich verfestigt. Organismen, deren Temperatur von der Umgebungstemperatur abhängt (Poikilothermie), regulieren die Fettsäurezusammensetzung ihrer Membran ständig, um zu vermeiden, daß sich die Membran bei Temperatursenkung verfestigt. Auch winterharte Pflanzen (Frostresistenz) passen sich der Kälte durch vermehrte Einlagerung von ungesättigten Fettsäuren in die Membran an. Mikroorganismen und tierische Zellen in Kultur regulieren ihre Lipidzusammensetzung so, daß unter unterschiedlichen Wachstumsbedingungen eine konstante Fluidität erzielt wird. Photobleichung, Thylakoidmembran.

S.Kl.

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