Chemie begreifen, Schulbuch

Für besonders Interessierte Hier wird es anschaulicher Das Wichtigste V5 248 2. Evolutionsschritt – D i e E i n h ü l l u n g d e s L e b e n s Membranen sind die Voraussetzung für das Entstehen von Zellen. Nach heutigem Wissens- stand kann nicht beurteilt werden, wann genau im Laufe der Evolution membranbildende, amphiphile Moleküle in den Stoffwechsel miteinbezogen worden sind. Möglicherweise haben sie bereits am Beginn der Lebensprozesse eine bedeutende Rolle als Sammelstelle für Biomole- küle gespielt: Untersuchungen von biologischen Membranen zeigen nämlich, dass in ihnen bis zu 75 % »fremdartige« Moleküle verankert sein können. Spätestens bei der Entwicklung von Fotosynthese und Atmung sind Membranen unentbehrlich geworden; sie wirken für Protonen und Elektronen als Barriere mit einem raffinierten System aus Schleusen. Der dadurch entstehende Ladungsunterschied treibt einen Protonenstrom an, der ständig Arbeit leistet (siehe Q4). Die Abgrenzung von zellähnlichen Gebilden aus der »Ursuppe« bietet einen weiteren Vorteil: Die Reaktionsbedingungen sind keinen großen Schwankungen mehr ausgesetzt. Als Preis dafür musste allerdings ein aufwändiges Transportsystem entwickelt werden – von einfachen Poren über Schleusen für bestimmte Moleküle bis zu Energie verbrauchenden Pumpen und Kanälen, die sich nur auf ein Signal hin öffnen. Biologische Membranen entwickelten im Laufe der Evolution weitere Fähigkeiten: Manche sind durch Gerüststoffe mechanisch geschützt. Eingebaute kettenförmige Moleküle dienen der Herstellung von Kontakten zu anderen Zellen. Membranen können auch kleine Bereiche abschnüren und als »Bläschen« (Vesikel) abgeben oder solche Vesikel aufnehmen. Das Verständnis all dieser Vorgänge ist von unschätzbarem medizinischem Wert: Es ermöglicht zB die zielgerichtete Einschleusung von Medikamenten in den Organismus und die besonders wirksame Bekämpfung von Krankheitserregern. Als amphiphil bezeichnet man Moleküle mit einem sehr polaren »Kopf« und unpolaren Ketten. Sie positionieren sich immer so, dass der polare Kopf mit polaren Molekülen – zB H 2 O – umgeben ist und der unpolare Teil möglichst nicht mit Teilladungen oder gar Ionen in Berührung kommt. Waschmittel enthalten amphiphile Stoffteil- chen mit einer langen unpolaren Kette. Diese reichern sich an der Oberfläche des Wassers an, verringern dadurch die Oberflächen- spannung und sorgen für ein leichteres Eindringen des Wassers in Poren. Aufgrund ihres »kegelförmigen« Aufbaues entstehen kugelförmige Gebilde, die innen ein Fett- tröpfchen enthalten können. Auf diese Weise werden Fette im Wasser transportierbar. Phospholipide sind ausgesprochen amphiphil. Sie bestehen aus einem wasser- löslichen Ionen-Paar als »Kopf« und zwei langen, unpolaren Ketten. Infolge ihrer nahe- zu zylindrischen Form setzen sich Phospho- lipide – »Fuß an Fuß« – zu ausgedehnten, un- durchlässigen Membranen zusammen. Lebt ein Organismus bei tieferen Temperaturen, so besitzen die Phospholipide eine größere Anzahl von Doppelbindungen. Das Cholesterol sorgt mit seinem starren eingelagerten Gerüst wie ein Weichmacher in Kunststoffen für die Geschmeidigkeit der Membran. bewegliche Ketten polare Kopfgruppen polare Kopfgruppen Cholesterol ein Phospholipid starre Ketten starre Ketten Schematischer Aufbau einer Membran Molekularer Aufbau einer Membran Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv