Lipiddoppelschicht

Die Lipiddoppelschicht ist die Grundstruktur der zellulären Membranen. Sie besteht aus zwei Blattlagen amphiphiler Lipide, deren hydrophile Köpfe nach außen gegen das wässrige Umfeld zeigen und deren hydrophobe Schwänze einander zugewandt sind. In wässriger Umgebung ordnen sich Phospholipide spontan zu einer Doppelschicht, die eine Barriere zwischen Innen- und Außenraum bildet.

Kernbestandteile sind Phospholipide wie Phosphatidylcholin, Sphingolipide und Cholesterin. Zwischen der äußeren und der inneren Blattlage kann eine Lipidasymmetrie bestehen. Die Fettsäureketten können gesättigt oder ungesättigt sein, was die Fluidität der Membran beeinflusst.

Der hydrophobe Kern wirkt als Barriere für die meisten polaren Substanzen. Die Membran ist semipermeabel: Kleine, ungeladene Moleküle passieren teils frei, während größere Moleküle und Ionen durch spezialisierte Membranproteine transportiert werden. Die Membran ist dynamisch und flexibel; Lipide und Proteine diffundieren seitlich in der Fläche. Flip-Flop-Bewegungen zwischen den Blattlagen sind seltener und benötigen Energie oder Enzyme. Cholesterin moduliert Fluidität und mechanische Stabilität der Membran.

Nach dem Modell der flüssigen Mosaik-Membran enthalten Membranen integrierte und periphere Proteine, die in der Lipiddoppelschicht eingebettet oder darauf verbunden sind. Diese Proteine ermöglichen Transport, Ionenkanäle, Rezeptorsignale, Enzymaktivität und Zelladhäsion. Die Lipiddoppelschicht trägt damit zu Struktur, Kompartimentierung, Signalübertragung und Metabolismus der Zelle bei.

In Zellen bildet die Lipiddoppelschicht die Phospholipid-Doppelschicht der Plasmamembran sowie der Membranen von Organellen wie dem Endoplasmatischen Retikulum und den Mitochondrien. In der Biotechnologie dient sie als Modellmembran, z. B. in Liposomen und als Trägersystem für Arzneimittel sowie zur Erforschung von Membranprozessen.