Wasserdurchlässigkeit von Biomembranen

Die undurchlässige Natur von Biomembranen gegenüber Wasser ist ein entscheidender Aspekt für die Funktionsweise von Zellen. Dies liegt an der molekularen Struktur der Phospholipide aus denen die Biomembranen bestehen. Die Phospholipide haben einen hydrophilen (wasserliebenden) Kopf und einen lipophilen (fettliebenden) Schwanz. Obwohl die Lipidköpfe wasserdurchlässig sind ist die Biomembran insgesamt wasserundurchlässig was zu der Frage führt, ebenso wie diese Eigenschaft zusammenhängt.

Zunächst einmal muss klargestellt werden, dass die lipophilen Schwänze der Phospholipide nicht nur "hydrophob" sind, allerdings tatsächlich wasserabweisend. Dies bedeutet – dass sie nicht mit Wasser interagieren oder sich darin auflösen. Aufgrund dieser Eigenschaft ordnen sich die lipophilen Schwänze der Phospholipide in die Mitte der Membran an, weg von den wässrigen Umgebungen sowie innen als ebenfalls außen.

Der hydrophile Kopf hingegen interagiert gerne mit Wasser » was bedeutet « dass er einer wässrigen Umgebung zugewandt ist. Dabei bilden die hydrophilen Köpfe eine Barriere an der Oberfläche der Membran die das Eindringen von Wasser in die Membran verhindert. So kann Wasser zwar mit den Lipidköpfen interagieren jedoch es wird an der Oberfläche der Membran "festgehalten" und nicht vollständig durchgelassen.

In Bezug auf lipophile Moleküle die durch die lipophoben Köpfe der Biomembranen diffundieren handelt es sich um kleine unpolare Moleküle die aufgrund ihrer Struktur die Lipidschicht durchdringen können. Dieser Prozess der passiven Diffusion ermöglicht es lipophilen Molekülen wie Sauerstoff und Kohlendioxid, durch die Lipidschicht zu gelangen.

Für die Zelle ist es wichtig die Wasserdurchlässigkeit der Biomembran zu kontrollieren, da andernfalls die Zelle aufgrund des osmotischen Drucks platzen könnte. Die Wasserdurchlässigkeit wird durch Transportproteine wie Kanalproteine und Carrier reguliert, die welche Bewegung von Stoffen in und aus der Zelle steuern.

Insgesamt ist die Wasserdurchlässigkeit von Biomembranen ein komplexer Prozess » der auf der molekularen Struktur der Phospholipide « der Anordnung der Moleküle in der Membran und der regulierten Bewegung von Stoffen durch Transportproteine beruht.