Warum lösen sich Phospholipiddoppelschichten nicht auf?

Ich habe gerade angefangen, etwas über die Struktur und Zusammensetzung der Zellmembran zu lernen, und es gibt etwas, das ich nicht verstehe.

Die Membran besteht aus einer Phospholipid-Doppelschicht. Das Phospholipid hat einen polaren, hydrophilen Kopf und einen unpolaren, hydrophoben Schwanz. Meine Frage: Warum löst sich der hydrophile Kopf nicht in der extrazellulären Flüssigkeit außerhalb der Zelle auf? Ich nehme an, dass die extrazelluläre Flüssigkeit wässrig ist, wie kommt es also, dass der wasserliebende Kopf nicht mit dem Wasser aus der extrazellulären Flüssigkeit interagiert?

Es interagiert zwar mit Wasser, ist aber kovalent an den hydrophoben Schwanz gebunden, der es in der Membran verankert.

Antworten (3)

Wir sollten zuerst verstehen, was passiert, wenn sich eine Substanz auflöst. Während der Auflösung interagiert Wasser mit dem gelösten Molekül; Wenn die Stärke der Wechselwirkung zwischen dem Molekül und Wasser höher ist als die Stärke der Wechselwirkung zwischen den gelösten Molekülen, dann löst sich der gelöste Stoff auf.
(Siehe auch diesen Beitrag).

Phospholipid ist ein amphipathisches Molekül – es hat sowohl hydrophobe als auch hydrophile Teile (das verstehen Sie sehr gut). Der hydrophobe Teil ist eine lange Kohlenwasserstoffkette (daher Schwanz), während der hydrophile Teil eine kleine, aber hochpolare Region ist (daher Kopf). Sie sollten beachten, dass diese Teile nicht disjunkt sind, sondern kovalent gebunden sind.

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Obwohl der hydrophile Teil mit Wasser interagiert (was der Zelle hilft, in einer wässrigen Umgebung zu überleben), ist die Stärke der kovalenten Bindung (zwischen hydrophilen und hydrophoben Regionen) sehr stark und kann nicht durch physikalische Wechselwirkung mit Wasser gebrochen werden. Die Lipiddoppelschicht (sogar eine Monoschicht) bleibt zusammen, weil das Wasser nicht mit hydrophoben Teilen interagieren kann, aber sie interagieren miteinander über eine Pseudo-Wechselwirkung, die als hydrophobe Wechselwirkung bezeichnet wird .

Ich nenne es eine Pseudo-Wechselwirkung (kein Standardgebrauch), weil es keine tatsächliche molekulare Wechselwirkung gibt, die das System stabilisiert. Die hydrophobe Wechselwirkung erfolgt über eine Erhöhung der Entropie des Systems. Lesen Sie die Wikipedia-Seite für Details.

Warum sagen Sie, dass die hydrophobe Wechselwirkung eine Pseudokraft ist? Pseudokraft hat in der Physik eine ganz andere Bedeutung.
@biogirl ähnelt der Pseudokraft in der Physik. Ich hatte kein besseres Wort dafür, also nannte ich es Pseudokraft. Aber wie die Pseudokraft in der Physik ist die hydrophobe Wechselwirkung keine wirkliche Wechselwirkung und entsteht, weil hydrophobe Teile nicht mit Wasser wechselwirken. Die hydrophobe Wechselwirkung ermöglicht grundsätzlich eine Erhöhung der Entropie, die schließlich die freie Energie des Systems senkt.
@TomD Mit "Pseudokraft" meinte ich, dass es keine tatsächliche Wechselwirkung zwischen dem gelösten Stoff und dem Lösungsmittel oder zwischen den gelösten Molekülen gibt. Es gibt keine molekulare Wechselwirkung, die eine Verringerung der Enthalpie verursachen würde. Die "Wechselwirkung" beruht auf der Zunahme der Entropie (nicht auf dem Verlust der Entropie).
@TomD Das passiert also mit dem Lösungsmittel und das habe ich gesagt. Wasser bildet einen strukturierten Käfig um das Lipidmolekül (geringe Entropie; keine Enthalpiereduktion, da Lipid und Wasser nicht interagieren). Wenn es ein anderes Lipidmolekül gibt, kommen beide zusammen und erhöhen die Nettoentropie des Systems (geringerer Wasserkäfig im Vergleich zum Käfig pro Molekül – stellen Sie sich das als Oberfläche vor).
@TomD Wir sagen dasselbe. Ich sagte, dass die Zunahme der Entropie das System stabilisiert, und Sie sagen, dass der Verlust der Entropie das System destabilisiert.

Die Antwort auf Ihre Frage lautet im Grunde: Es ist eine Bi- Schicht. Es gibt zwei Schichten von Phospholipiden, wodurch die hydrophilen Enden sicher von extrazellulären und intrazellulären Flüssigkeiten ferngehalten werden. Die gesamte Oberfläche der Doppelschicht ist hydrophil.

Phospholipid Doppelschicht

(Bild von hier .)

Die hydrophile Region von Phospholipiden interagiert tatsächlich mit Wasser oder anderen hydrophilen Molekülen. Gleichzeitig würde der hydrophobe Bereich von Phospholipiden von Wasser abgestoßen, da Wasser Wasserstoffbindungsnetzwerke bildet, was einen stabileren Zustand darstellt. Man könnte sich vorstellen, dass hydrophobe Moleküle im Wasser das Netzwerk stören würden. Als Ergebnis aggregieren die hydrophoben Teile von Phospholipiden zusammen und Phospholidis würden nicht ins Wasser gelangen, um die hydrophoben Teile nicht freizulegen.

Warum lösen sich Phospholipiddoppelschichten nicht auf?
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