Probleme mit der Einheitsmembran
In den nächsten Jahrzehnten machte die Membranforschung starke Fortschritte. Frye und Edidin führten 1970 einen entscheidenden Versuch durch, und Singer und Nicolson entwickelten dann auf Grund solcher Versuchsergebnisse und anderer Überlegungen das Fluid-mosaic-model, im Deutschen als Flüssig-Mosaik-Modell bekannt.
Auf dieser Lexikon-Seite finden Sie weitere Einzelheiten zu diesem wichtigen Versuch.
Lesen Sie sich die oben genanntn Seite zum zum Frye-Edidin-Versuch durch und lösen Sie dann folgende Aufgabe:
Aufgabe 11
Erläutern Sie, welche Schlussfolgerungen über den Aufbau bzw. die Dynamik von Biomembranen sich aus den Beobachtungen von Frye und Edidin ziehen lassen.
Frye und Edidin also waren es, die das Flüssig-Mosaik-Modell eigentlich "erfunden" haben, nicht Singer und Nicolson.
Merktext:
Frye und Edidin haben 1970 nachgewiesen, dass sich die Lipide und Proteine in einer Zellmembran frei bewegen können, zumindest in zwei Dimensionen. Sie legten damit die Grundlage für das Flüssig-Mosaik-Modell von Singer und Nicolson zwei Jahre später.
Das Modell von Singer und Nicolson
Drei Membranmodelle
Autor: Ulrich Helmich 2021, Lizenz: siehe Seitenende
Aufgabe 12
Auf diesem Bild sehen Sie drei Membranmodelle, das Lipid-Bilayer-Modell von 1925, das Sandwich-Modell von 1935 und das Flüssig-Mosaik-Modell von 1972, das in diesem Abschnitt im Mittelpunkt steht.
Vergleichen Sie die drei Membranmodelle in der obigen Abbildung und arbeiten Sie dann heraus, welche neuen Eigenschaften das Flüssig-Mosaik-Modell hat.
Das Flüssig-Mosaik-Modell (engl.: Fluid mosaic model) von Frye, Edidin, Singer und Nicolson war ein großer Fortschritt gegenüber dem Sandwich-Modell von Davson und Danielli. Die unterschiedlichen Eigenschaften der verschiedenen Membranen in der Zelle konnten mit diesem Modell viel besser erklärt werden als mit dem Sandwich-Modell.
Aufgabe 13
In der Abbildung "Drei Membranmodelle" sind beim Flüssig-Mosaik-Modell mehrere verschiedene Typen von Proteinen zu erkennen, die teils auch unterschiedliche Aufgaben haben.
Beschreiben Sie die vier verschiedenen Proteine in dem Flüssig-Mosaik-Modell und äußern Sie sich zu möglichen Aufgaben dieser Proteine.
Dieses wichtige Membranmodell ist auf dieser Seite näher erklärt.
Die Fluidität der Membran
Nach dem Flüssig-Mosaik-Modell (engl.: fluid mosaic model) besteht die Lipid-Doppelschicht aus zwei Lagen einer zweidimensionalen Flüssigkeit.
Lipide können sich in zwei Dimensionen frei bewegen
Autor: Ulrich Helmich, Lizenz: siehe Seitenende
In jeder der beiden Lagen sind die Lipid-Moleküle in zwei Richtungen frei beweglich, nach links und rechts und nach vorne und hinten, wenn man sich vorstellt, dass man die Membran von der Seite anschaut wie auf der Abbildung. Innerhalb dieser beiden Dimensionen verhalten sich die Lipid-Moleküle genau wie die Moleküle in einer Flüssigkeit: Sie hängen zwar eng zusammen, berühren sich ständig, können sich aber relativ frei bewegen, die Plätze tauschen und so weiter.
Nach oben und nach unten, in der dritten Dimension also, sind die Lipid-Moleküle nicht frei beweglich. Weil sich die Lipide also nur in zwei Dimensionen wie in einer Flüssigkeit bewegen können, spricht man hier von einer zweidimensionalen Flüssigkeit.
Das Thema wird auf dieser Seite noch ausführlicher erläutert. Hier wird auch auf die Folgen der Fluidität eingegangen und von welchen Faktoren die Membranfluididät abhängig ist.
Aufgabe 14
Begründen Sie, wieso es energetisch extrem ungünstig wäre, wenn sich ein Lipid-Molekül von der einen Lipid-Schicht in die andere bewegen würde.
Aufgabe 15
Auf der Seite "Fluidität von Membranen" wird erwähnt, mit welcher hohen Geschwindigkeit Lipid-Moleküle in einer künstlichen Lipid-Doppelschicht ihre Plätze tauschen oder sich um sich selbst drehen. Führt man ähnliche Messungen mit natürlichen Zellmembranen durch, findet man wesentlich "gemäßigtere" Werte, die Lipid-Moleküle bewegen sich im Schnitt viel langsamer und tauschen auch nicht so oft ihre Plätze.
Finden Sie Gründe dafür, wieso sich die Ergebnisse bei den Versuchen mit natürlichen Membranen so stark von den Versuchsergebnisse mit künstlichen Lipid-Doppelschichten unterscheiden.
Merktext
Nach dem Fluid mosaic model bestehen Membranen aus einer Lipid-Doppelschicht mit Lipid-Molekülen, die in zwei Dimensionen frei beweglich sind. Die Proteine schwimmen "wie Eisberge auf dem Meer" in den Lipid-Schichten herum. Es gibt aufgelagerte Proteine, eingelagerte Proteine und Transmembranproteine.
Quellen:
- Plattner, Hentschel. Zellbiologie, 5. Auflage. Stuttgart 2017.
- Alberts, Bruce et al. Molekularbiologie der Zelle, 6. Auflage, Weinheim 2017.
- Darnell, Lodish, Baltimore. Molekulare Zellbiologie, Berlin 1994.
- Luckey. Membrane Structural Biology. Cambridge University Press 2014.
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