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Steroide Bio-LK, Studium

Das Cholesterin-Molekül besteht aus drei Abschnitten

Das Cholsterin-Molekül besteht aus drei Abschnitten
Autor: Ulrich Helmich. Lizenz: siehe Seitenende.

In der obigen Abbildung sehen Sie ein Cholesterin-Molekül als typischen und wichtigsten Vertreter der Steroide. Ich habe den kleinen polaren Teil, der nur aus der Hydroxylgruppe am oberen Cyclohexan-Ring besteht, blau gefärbt und den großen unpolaren Rest des Moleküls gelb. Der unpolare Rest besteht aus zwei Abschnitten. Zunächst kommt der aus vier planaren (flachen) Ringen bestehende Rumpf, der relativ unbeweglich oder steif ist, was eine Folge der Ringbildung ist. Daran schließt sich ein Kohlenwasserstoff-Schwanz an, der recht locker aufgebaut und daher gut beweglich ist.

Obwohl das Molekül hier auf der Webseite so groß aussieht, ist es viel kleiner als ein Phospholipid. Das untere Bild zeigt nicht nur die korrekten Größenverhältnisse einigermaßen gut, sondern stellt auch dar, wie sich die Cholesterin-Moleküle in die Lipid-Doppelschicht integrieren.

Ein Cholesterin-Molekül und ein Phospholipid im Größenvergleich

Cholesterin in der Lipid-Doppelschicht einer Zellmembran
Autor: Ulrich Helmich. Lizenz: siehe Seitenende.

Nach neueren Erkenntnissen verbindet sich das Cholesterin-Molekül vorzugsweise mit den gesättigten Fettsäuren von Phospholipiden. Die ungesättigten Fettsäuren haben eine weitaus geringere Affinität zu Cholesterin [1]. In der Abbildung wurde versucht, diese Tatsache zu veranschaulichen.

Cholesterin stabilisiert die Membran und lockert sie gleichzeitig auf

Die vier Ringe des Cholesterin-Moleküls sind eine relativ starre Struktur. Mit diesen vier Ringen wird die Lipid-Doppelschicht bei "biologischen" Temperaturen (so um 37 ºC) stabilisiert [2]. Wie man auf dem Bild aber gut sehen kann, wird durch den Einbau von Cholesterin gleichzeitig die Packungsdichte der Lipide verringert. Das Cholesterin verursacht Lücken zwischen den Lipiden.

Bei tiefen Temperaturen verhindert das Cholesterin daher eine Verfestigung der Membran, da es sich zwischen die Phospholipide setzt. Ohne Cholesterin könnten bei tiefen Temperaturen gar keine Stoffe mehr durch die Membran diffundieren [2].

Der Campbell Biologie[2] trifft hier den Nagel auf den Kopf, wenn er Cholesterin als "Fluiditätspuffer" bezeichnet.

Die Bedeutung von Cholesterin hat man auch mit Hilfe genmanipulierter Zellen nachgewiesen, die kein Cholesterin produzieren und in die Membranen einbauen konnten. Solche Zellen lösen sich nach kurzer Zeit praktisch auf, da die Membran völlig instabil ist. Führt man jedoch Cholesterin von außen zu, so stabilisiert sich die Membran wieder [3].

Quellen:

  1. Luckey, Mary. Membrane Structural Biology. Cambridge University Press 2014.
  2. Urry, Cain, Wassermann, Minorsky, Reece. Campbell Biologie, Hallbergmoos 2019, 11.Auflage.
  3. Alberts, Bruce et al. Lehrbuch der Molekularen Zellbiologie, 5. Auflage, Weinheim 2021.
  4. Nelson, Cox. LEHNINGER Principles of Biochemistry. Macmillan Learning, New York 2021.