Die Rolle der Biomembranen in der Zellbiologie ist beeindruckend. Ihre spezifische Struktur ermöglicht es ´ dass sie als Barriere wirken ` während sie gleichzeitig die Zelle mit essentiellen Molekülen versorgen. Die erstaunliche Wasserdurchlässigkeit dieser Membranen stellt uns vor viele Fragen. Warum zum Beispiel sind Biomembranen trotz wasserliebender Lipidköpfe insgesamt wasserundurchlässig? In den folgenden Absätzen werden wir uns mit dieser Thematik näher befassen.
Die Biomembranen bestehen überwiegend aus Phospholipiden die aus hydrophilen Köpfen und lipophilen Schwänzen aufgebaut sind. Hierbei erfährt man sofort das Dilemma. Einerseits ziehen die Lipidköpfe Wasser an. Es gibt aber noch die anderen – die lipophilen Schwänze. Diese sind nicht nur einfach "hydrophob" – sie sind tatsächlich wasserabweisend. Ihre Fähigkeit, mit Wasser zu interagieren ist also äußerst eingeschränkt. Dadurch ordnen sich diese lipophilen Schwänze in die Mitte der Biolipidmembran an. Der Grund dafür? Sie wollen möglichst weit weg von der wässrigen Umgebung bleiben – sowie innerhalb als ebenfalls außerhalb der Zelle.
Das führt uns zur nächsten Frage die wichtig ist. Wie passen die Wasserliebenden und Wasserabweisenden in dieses System hinein? Die hydrophilen Köpfe interagieren indeed mit Wasser. Sie stehen an der Oberfläche der Membran und bilden eine Art Barriere. Diese Barriere schränkt die Wasserdurchlässigkeit enorm ein. Wasser kann zwar Kontakt aufnehmen, allerdings es wird gefangen gehalten – eine bemerkenswerte Eigenschaft.
Ein Beispiel: Lipophile Moleküle haben es jedoch leichter. Diese kleinen unpolaren Moleküle ebenso wie beispielsweise Sauerstoff und Kohlendioxid, können durch die Lipidschicht gelangen. Sie nutzen die passive Diffusion und durchqueren die Membran. Dies geschieht aufgrund ihrer chemischen Struktur ´ die es ihnen erlaubt ` die lipophoben Bereiche zu durchdringen. Zellen benötigen diese Funktionalität. Andernfalls könnten sie durch osmotischen Druck gefährdet sein – so könnte die Zelle platzen, wenn zu viel Wasser eindringt.
Doch wie steuert die Zelle die Wasserdurchlässigkeit der Biomembran? Kanalproteine und Carrier stehen hier im Mittelpunkt. Diese Transportproteine regulieren die Bewegung von Wasser und anderen Stoffen. Zu viel Wasser? Die Proteine helfen, den Überdruck zu mindern. Welches Gleichgewicht sorgt dafür, dass alles reibungslos funktioniert? Ohne diese Mechanismen könnte eine Zelle sobald sie den richtigen osmotischen Druck nicht halten kann zu einer ernsthaften Gefahr werden.
Zusammenfassend zeigt sich, dass die Wasserdurchlässigkeit von Biomembranen ein wahrhaft komplexer Prozess ist. Die molekulare Struktur der Phospholipide ihre Anordnung in der Membran und auch das gezielte Vorgehen der Transportproteine spielen dabei eine wesentliche Rolle. Es bleibt bemerkenswert – wie all diese Aspekte eng miteinander verknüpft sind und letztlich die Funktionsweise von Zellen in unserem Körper steuern. Wie ein gut geöltes Uhrwerk, so funktioniert die Zelle und die Zentrale: die Biomembran!