Cytologie

Phospholipide

Was sind Phospholipide und von welchen ihrer besonderen Eigenschaften profitieren unsere Zellen? In diesem Beitrag erfährst du alles zum Aufbau und zur Funktion der Phospholipide.

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Inhaltsübersicht

Phospholipide einfach erklärt

Phospholipide – auch Phosphatide genannt – gehören zur Gruppe der Membranlipide.  Es  handelt sich hierbei um relativ kleine Lipide, die über eine Esterbindung mit Phosphorsäure verknüpft sind. Sie sind neben Glykolipiden und Cholesterin für den Aufbau von tierischen und pflanzlichen Biomembranen verantwortlich. 

Phospholipide verfügen über einen hydrophoben (=wassermeidenden) und einen hydrophilen (=wasserliebenden) Anteil.  Solche Strukturen kannst du auch als amphiphil bezeichnen. Diese Eigenschaft ermöglicht es Phospholipiden in wässrigen Bedingungen, wie sie in unserem Körper vorzufinden sind, Doppelschichten auszubilden. Diese sind essentiell, um Zellkompartimente voneinander abzugrenzen. Sie wirken also quasi wie eine Barriere. Das verhindert eine Vermischung zwischen dem Innen- und dem Außenraum der Zelle. 

Definition

Phospholipide (eng: phospholipids) sind Lipide, die über eine Esterbindung mit Phosphorsäure verknüpft sind. Sie sind Hauptbestandteil aller tierischen und pflanzlichen Zellmembranen

Phospholipide Aufbau

Phospholipide besitzen einen besonderen Aufbau, denn sie verfügen über eine polare Kopfgruppe und eine unpolare Schwanzgruppe. Diese Struktur kannst du auch als amphipathisch bezeichnen.  

Der unpolare Anteil setzt sich aus zwei Kohlenwasserstoffketten zusammen, die meist geradzahlig und unverzweigt sind.  Beispiele stellen hier Fettsäuren wie die Palmitinsäure (14 C-Atome, keine Doppelbindung) oder auch die Linolsäure (18 C-Atome, 2 Doppelbindungen) dar. 

Die polare Kopfgruppe besteht aus einer Phosphatgruppe, die oftmals auch mit weiteren polaren Molekülen verknüpft ist. %Die folgende Abbildung soll dir die Struktur der Phospholipide an einem Beispiel verdeutlichen.

%<img class="" src="https://www.u-helmich.de/bio/lexikon/P/BilderP/Phospholipid-1.jpg" alt="Phospholipide" width="406" height="174" />%Beschriftung: Amphiphiler Aufbau eines Phospholilipids, alt. Text: Phospholipide, amphiphil, Fettsäure, Phosphorsäure, hydrophil, hydrophob, Fettsäure,Esterbindung

Phospholipide Einteilung

Du kannst Phospholipide  aufgrund ihrer chemischen Struktur in zwei Gruppen einteilen: Phosphoglyceride und Sphingomyeline.

Phosphoglyceride 

Bei den Phosphogylceriden besteht das Grundgerüst, wie der Name bereits bekanntgibt, aus Glycerin.  Analog zu den Triglyceriden, die du von Ölen oder Fetten kennst, sind die Fettsäuren mit Glycerin über eine Esterbindung verbunden.

Bei den Phosphoglyceriden ist dies aber nur an zwei C-Atomen der Fall. Das dritte C-Atom des Glycerinmoleküls ist mit einer Phosphorsäuregruppe über eine Esterbindung verknüpft.  Es ergibt sich hier der einfachste Vertreter: das Phosphatidat. Die Phosphatgruppe kann wiederum mit einer OH-Gruppe (Hydroxylgruppe) polarer Moleküle verbunden sein. Ist hier das Molekül Cholin beteiligt, entsteht Phosphatidylcholin. Unter Beteiligung von  Ethanolamin ergibt sich hingegen Phosphatidylethanolamin

Sphingomyeline

Bei den Sphingomyelinen leitet sich das Grundgerüst von dem Molekül Sphingosin ab. Sphingomyeline sind vor allem in Zellmembranen von Nervenzellen (=Neuronen)%VERWEIS auf Nervenzelle enthalten.  Sie bilden hier den größten Teil der sogenannten Myelinscheide, die die Nervenfasern (=Axone) umhüllt. Diese Hülle kannst du dir wie eine Rolle Tesafilm vorstellen, bei der das Plastik das Axon darstellt. Die Myelinscheide sorgt für den Schutz der Nervenzellen und beschleunigt die Weiterleitung von elektrischen Impulsen. 

Phospholipide Funktion

Aufgrund ihrer amphipathischen Struktur besitzen Phospholipide besondere Eigenschaften. Diese unterscheiden sich grundlegend von anderen Lipiden. Die polare Kopfgruppe ist hydrophil  und kann mit polaren Substanzen in Wechselwirkung treten. Diese Wechselwirkungen kannst du auch als Dipol-Dipol-Wechselwirkungen bezeichnen. Die unpolaren Fettsäureschwänze hingegen sind hydrophob  und wechselwirken deshalb mit unpolaren Molekülen.  Diese Eigenschaft wird auch als amphiphil beschrieben. Die Bedeutung kannst du dir gut aus dem Altgriechischen herleiten, denn amphi bedeutet „auf beiden Seiten“ und philos „liebend“. Amphiphile Substanzen können sich also sowohl in unpolaren, als auch in polaren Medien lösen. 

Im wässrigen Milieu, wie es in unserem Körper vorzufinden ist, geschieht folgendes: Die polaren „Köpfe“ der Phospholipide orientieren sich nach außen an die ebenfalls polaren Wassermoleküle.  Die unpolaren, hydrophoben Kohlenwasserstoffschwänze hingegen stoßen die Wassermoleküle ab. Sie lagern sich stattdessen bevorzugt aneinander. Zwischen ihnen herrschen sogenannte hydrophobe Wechselwirkungen

In wässriger Umgebung bilden sich bestimmte Kompartimente. Hier kannst du zwischen der Doppellipidschicht, der Mizelle und dem Liposom unterscheiden.

Doppellipidschicht

Phospholipide sind  Hauptbestandteil der Biomembranen aller tierischer%Verweis auf tierische Zelle und pflanzlicher Zellen%Verweis auf pflanzliche Zelle. Durch das Aneinanderlagern der unpolaren Fettsäurereste entsteht eine Doppelschicht, die auch als   Phospholipiddoppelschicht oder Bilayer bezeichnet wird. Diese stellt eine wichtige Barriere dar und ermöglicht so die Bildung eines Innen- und Außenraums. So wird eine Vermischung zwischen beiden Bereichen vermieden.  Dies sorgt zum einen dafür, dass sowohl der Innenraum der Zelle (= inneres Milieu) von dem Außenraum (= Extrazellulärraum) abgrenzt wird. Andererseits betrifft dies auch alle Zellorganellen, die von Membranen umgeben sind. Dazu gehören beispielsweise der Golgi-Apparat , das Endoplasmatische Retikulum  oder auch die Mitochondrien .  Auf diese Weise bilden sich Reaktionsräume. 

Außerdem gilt, dass je mehr ungesättigte Fettsäuren in der Membran vorhanden sind, desto ungeordneter ist die Struktur. Sie ist somit durchlässiger für Wasser. Der Fachbegriff hierzu lautet Fluidität .

%Diese Abbildung zeigt den typischen Aufbau einer Doppellipidschicht

%<img class="" src="https://www.thoughtco.com/thmb/GK0kj8ppfw4XhxC8XEQdTF8NYLs=/1500x1000/filters:fill(auto,1)/lipid_bilayer-5b96eddf46e0fb0025509dde.jpg" alt="Quellbild anzeigen" width="269" height="179" />%Beschriftung: Aufbau einer Doppellipidschicht, alt. Text: Bilayer, Zellmembran, Phospholipiddoppelschicht, Phospholipide, amphiphil

Mizellen 

Eine andere Möglichkeit der Anlagerung von Phospholipiden in wässriger Umgebung zeigen sogenannte Mizellen%VERWEIS auf Mizelle. Hierbei handelt es sich um kugelförmige Aggregate, bei denen die polaren Köpfe nach außen ragen und die unpolaren Kohlenwasserstoffschwänze miteinander wechselwirken. Dies macht man sich übrigens auch bei der Waschwirkung zu Nutze, um den meist unpolaren Schmutz aus der Kleidung zu entfernen und abzutransportieren.

Liposomen

Darüber hinaus ergibt sich noch eine weitere Anordnungsform der Phospholipide: das Liposom%VERWEIS auf Liposom.

Es handelt sich hierbei ebenfalls um ein kugelförmiges Aggregat, das allerdings im Gegensatz zu den Mizellen eine wässrige Phase einschließt. Die Membranhülle besteht hier nämlich aus einer Phospholipiddoppelschicht. Liposomen finden häufig Anwendung in Medikamenten oder Kosmetika. 

%Diese Abbildung soll dir den Unterschied zwischen Mizelle und Liposom veranschaulichen.

%<img class="" src="https://dccdn.de/pictures.doccheck.com/images/dba/9ba/dba9bad785b9d20a3ae238395110a9e5/57115/m_1407856983.jpg" alt="Quellbild anzeigen" width="174" height="256" />%Beschriftung: Vergleichende Darstellung Mizelle und Liposom, alt. Text: Mizelle, Micelle, Liposom, Zellmembran, Phospholipiddoppelschicht, Phospholipide, amphiphil

Phospholipide Synthese, Transport und Abbau 

Phospholipide werden im glatten  Endoplasmatischen Retikulum (ER)  in allen Zellen hergestellt. Der Transport zu den benötigten Zellkompartimenten erfolgt mittels Vesikeln .  Der Abbau der Phospholipide erfolgt durch  Spaltung mithilfe von Enzymen, den sogenannten Phospholipasen.  Es handelt sich hierbei um eine Hydrolyse.  Darunter versteht man eine Spaltung eines Moleküls, die durch Reaktion mit Wassermolekülen vermittelt wird. Die hierbei entstehenden Abbauprodukte („second messanger“) stellen eine relevante Rolle bei der Zellkommunikation dar. Dies wird auch als Signaltransduktion bezeichnet. 


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