Bilayer Composition – Biological Membranes

00:00 Die amphiphilen Substanzen, aus denen die Lipiddoppelschicht besteht, sind Moleküle wie das, was ich hier auf dem Bildschirm zeige. Dazu gehören Moleküle wie Glycerophospholipide, und ich werde ziemlich schnell zu diesen kommen. Amphiphil bedeutet natürlich, dass es einen Teil des Moleküls gibt, der sehr polar ist. Das ist der Teil, der mit Wasser assoziiert ist und sich auf der Außenseite der Schichten der Lipiddoppelschicht befindet. Der innere Teil ist der unpolare Schwanz, und daran sind die Fettsäuren angebracht.

00:26 Eine andere Art von amphiphilen Molekülen, die wir in einer Lipiddoppelschicht finden, sind die Sphingolipide.

00:31 Auf dem Bildschirm sieht man speziell ein Sphingolipid namens Sphingomyelin. Sphingomyelin hat eine solche Anordnung, dass es einen polaren Kopf hat, wie man am unteren Teil in grün sehen kann und einen unpolaren Schwanz mit langen Ketten, die abstehen, die Sie oben in grün sehen können.

00:47 Die Lipiddoppelschichten sind nicht der einzige Teil der Zellmembran. Zellmembranen enthalten auch andere Verbindungen und eine der wichtigsten Verbindungen, die sich in der Zellmembran befinden, sind die Proteine. Diese Abbildung veranschaulicht die verschiedenen Arten von Proteinen, die in einer Lipiddoppelschicht gefunden werden können. Vor allem sehen wir die integralen Membranproteine.

01:08 Integrale Membranproteine sind Proteine, die ihre Struktur haben, die durch beide Seiten der Lipiddoppelschicht ragt, wie Sie hier sehen können. Periphere Membranproteine sind Proteine, die nicht vollständig durch die Membran ragen und in begrenztem Umfang mit einem Teil der Lipiddoppelschicht interagieren können, wie Sie hier an den beiden peripheren Proteinen sehen können.

01:30 Membranen, die als assoziierte Proteine bezeichnet werden, interagieren in Wirklichkeit nicht mit der Lipiddoppelschicht, sondern in der Regel mit einer anderen Komponenten der Doppelschicht. Und zuletzt haben wir verankerte Membranproteine. Das sind Proteine, die typischerweise eine Fettsäure haben, die von ihnen absteht und die Fettsäure interagiert mit den unpolaren Fettsäuren in dem hydrophoben Teil der Lipiddoppelschicht.

01:52 Ein weiterer Bestandteil der Lipiddoppelschicht ist das Molekül Cholesterin. Nun, Cholesterin hat den schlechten Ruf, Probleme im Zusammenhang mit Herzinfarkten und so weiter hervorzurufen. Cholesterin befindet sich jedoch im Körper unter anderem deshalb, weil es dazu beiträgt, dass die Lipiddoppelschichten die nötige Fließfähigkeit und die entsprechenden Eigenschaften aufweisen. Cholesterin ist ein sehr wichtiges Lipid, das sich in Lipiddoppelschichten, insbesondere im Gehirngewebe, befindet. Nimmt man Hirngewebe und trocknet es, entdeckt man, dass 14% des Trockengewichts des Gehirngewebes aus Cholesterin besteht. Nun, eine dieser Möglichkeiten, wie sich Cholesterin an eine Lipiddoppelschicht anlagern kann, ist die hier gezeigte Fettsäureanlagerungsstelle, und auch freies Cholesterin kann sich an eine Lipiddoppelschicht anlagern.

02:35 Dies zeigt schematisch die Struktur einer Lipiddoppelschicht und mit dieser Doppelschicht können wir natürlich die Lipidkomponenten sehen, die mit den gelben Schwänzen gezeigt sind und so weiter, verschiedene Proteine, die in die Membran eingebettet sind. Nun haben diese Proteine verschiedene Dinge, die mit ihnen verbunden sind. So sind zum Beispiel die gelben Kreise, die Sie sehen können, typischerweise Oligosaccharide oder kurze Kohlenhydratmoleküle, die an Proteine in der Lipiddoppelschicht gebunden sind.

03:00 Das rote Molekül, das im Querschnitt gezeigt wird, ist ein Protein, das typischerweise am Transport von Stoffen durch die Lipiddoppelschicht beteiligt ist. Nun Transportproteine sind sehr, sehr wichtig für Zellen, weil Transportproteine den Zellen helfen können, die Nährstoffe, die sie brauchen, zu erhalten. Ein häufiger Nährstoff, der von den Zellen benötigt wird, ist zum Beispiel Glukose.

03:20 Zellen erhalten Glukose im Körper normalerweise von außen und muss zugeführt werden. Glukose kann die Lipiddoppelschicht nicht frei durchqueren und daher haben Zellen typischerweise eine Reihe von Glukose- Transportproteine, die den Transport von Glukose von außen in die Zelle ermöglichen.

03:38 Diese Glukosetransportproteine werden als GLUTs, G-L-U-T-S bezeichnet. Und diese GLUTS sind vielfältig und wichtig, um der Zelle zu helfen, die Nährstoffe zu bekommen, wie ich schon sagte. Eines der Dinge oder eine der Möglichkeiten, wie die GLUT-Produktion stimuliert wird, ist durch das Hormon Insulin.

03:57 Insulin veranlasst die Zellen, GLUTs an die Zelloberfläche zu bewegen, wo sie austreten und Glukose aufnehmen, was in der Blutbahn herumschwimmt. Jetzt werden Sie sich vielleicht erinnern, dass Insulin an der Antwort des Körpers auf hohen Blutzucker beteilgt ist und die Art und Weise, wie der Körper hohen Blutzucker reduziert, ist durch die Bewegung von GLUTs an die Oberfläche der Zelle und so wird die Glukose aus der Blutbahn in eine Zelle gebracht.

04:23 Wenn wir uns nun die Lipiddoppelschicht ansehen, entdecken wir unter anderem, dass Bilayer sozusagen maßgeschneidert für die Umgebung, in der die Zelle lebt, sind. Ein wirklich gutes Beispiel ist das der Archaeen. Nun die Archaeen sind eine sehr merkwürdige Gruppe von einzelligen Organismen.

04:40 Sie bewohnen in der Regel Lebensräume, die sehr ungünstig sind und in denen andere Zellen normalerweise nicht überleben würden. Also mussten sich Archaeen an diese Umgebung anpassen und sie haben sich unter anderem dadurch an die Umwelt angepasst, dass sie ihre Lipide verändert haben, die in ihrer Lipiddoppelschicht enthalten sind, sodass sie widerstandsfähiger gegenüber rauen Bedingungen sind. Jetzt sehen wir hier ein typisches archäisches amphiphiles Lipid, das sich in der Lipiddoppelschicht befindet. Es hat vor allem am oberen Ende einen polaren Kopf. An der Unterseite hat es einen unpolaren Schwanz und der ist den Lipiden sehr ähnlich, die in einer Zelle zu finden sind, die in einer normalen Umgebung oder in einer nicht toxischen Umgebung, vorkommen. Aber der Unterschied zwischen dem, was in den archäischen Lipiden und in den Zellen zum Beispiel des Menschens, vorhanden ist, sind ein paar Dinge.

05:28 Erstens: Wir sehen, dass die Seitenketten, also die Fettsäuren, die vom Glycerin herausragen, die ihr hier seht, verzweigt sind. Sie haben Kohlenstoffe, die von ihnen abstehen. Nun wird angenommen, dass dies eine Schutzfunktion ist, sodass diese Fettsäuren, so wie sie sind, nicht beschädigt werden und es hat sich gezeigt, dass die Oxidation dieser Fettsäuren, die verzweigt sind, viel komplizierter als bei geradkettigen Fettsäuren ist.

05:57 Eine andere Sache, die wir in der archäischen Membran sehen, ist, dass anstelle von Esterbindungen zwischen dem Glycerin und der Fettsäure, die Archaeen stattdessen Etherbindungen besitzen.

06:07 Dies könnte wichtig sein, weil Etherbindungen stabiler in den rauen Umgebungen sind, in denen die Archaeen leben, als eine Esterbindung ist. Wir sehen also eine Anpassung der Lipiddoppelschicht je nach den Bedürfnissen des des Organismus.