Die Viskosität der Membran beeinflusst zum einen ihre Durchlässigkeit (Permeabilität) und zum anderen die Bewegungsfähigkeit von Membran-Proteinen. Eine hohe Viskosität reduziert die Permeabilität (Durchlässigkeit) und die Bewegung von Membran-Proteinen. Eine geringe Viskosität, also eine hohe Fluidität, erhöht die Durchlässigkeit (Permeabilität) und die Bewegung von Membran-Proteinen. Membran-Proteine müssen sich in der Membran bewegen können, um z. B. ihren Einsatzort zu erreichen.
Viskosität ist ein Maß für die Zähigkeit einer Membran bzw. einer Flüssigkeit. Je viskoser ein Stoff desto zäher ist er. Zum Beispiel ist Olivenöl viskoser als Wasser und Knete viskoser als Olivenöl. Der Viskosität gegenüber steht der Begriff Fluidität. Je größer die Fluidität desto flüssiger die Materie.
Der Einbau weiterer Lipid- und Protein-Moleküle kann die Viskosität einer Biomembran beeinflussen. Darüber hinaus hängt die Viskosität der Biomembran in besonderem Maße von der Temperatur ab. Weißt du, wie diese Faktoren die Viskosität beeinflussen?
Der Einfluss der Temperatur auf Viskosität
Besonders wichtig für die Viskosität ist die Beweglichkeit von Molekülen, in der Zellmembran also die Beweglichkeit der Phospholipid-Moleküle. Die Temperatur bzw. Wärme wirkt direkt auf die Beweglichkeit von Molekülen ein. Je wärmer, desto beweglicher die Moleküle und desto GERINGER die Viskosität und umgekehrt, je kälter, desto unbeweglicher die Moleküle und desto HÖHER die Viskosität. Bei abnehmender Temperatur nimmt die Viskosität, d. h. die Zähigkeit der Membran also zu, während bei steigender Temperatur die Viskosität bzw. die Zähigkeit abnimmt. Dies kann die Funktionsfähigkeit einer Membran stark beeinflussen.
Stell dir ein Stück Butter vor. Wenn man die Butter in den Kühlschrank stellt (niedrige Temperaturen) wird sie hart und zäh, so dass man sie kaum vernünftig auf das Brot streichen kann, ohne das Brot kaputt zu machen. Vielleicht hat man deshalb die Margarine erfunden 🤭. Stellt man die Butter aber nach draußen, wird sie nach einiger Zeit butterweich! Und bei noch höheren Temperaturen z. B. in der Bratpfanne, wenn man einen schönen Spiegelei macht, wird die Butter flüssig. In diesem Fall besitzt die Butter eine sehr geringe Viskosität bzw. Zähigkeit.
In der Abbildung, siehst du, dass auf der rechten Seite der Abstand von Phospholipid-Molekülen zueinander größer ist als auf der linken Seite. Aber woran liegt das?
Auf der linken Seite bestehen die Moleküle aus gesättigten Fettsäuren und auf der rechten Seite bestehen sie aus ungesättigten Fettsäuren.
Wenn Moleküle dichter beieinander gepackt sind, nimmt ihre Beweglichkeit ab (höhere Viskosität).
Anders herum würden sich die Teilchen, die in einer nicht so dichten Umgebung befinden, leichter bewegen und somit eine höhere Beweglichkeit, d.h. geringere Viskosität zeigen. Welche Region der dargestellten Membran hat eine höhere Viskosität?
Auf der linken Seite ist die Beweglichkeit der Moleküle aufgrund dem höheren Anteil an gesättigten Fettsäuren geringer und somit die Viskosität höher.
Man hört ja immer, dass die pflanzlichen Öle, wie z. B. das Olivenöl aufgrund eines hohen Anteils an ungesättigten Fettsäuren gesünder sein sollen als Produkte mit tierischen Fetten, wie z. B. die Butter. Die pflanzliche Öle haben einen hohen Anteil an ungesättigten Fettsäuren und sind deshalb i. d. R. bei Raumtemperatur flüssig.
Der Einbau vom Cholesterin in die Membran führt zum Einen dazu, dass bei Raumtemperatur die Viskosität der Membran zunimmt. Des Weiteren verhindert Cholesterin, dass sich die Phospholipiddoppelschicht bei niedrigen Temperaturen erhärtet.
Wieso das?
Besonders wichtig für die Viskosität ist die Beweglichkeit von Molekülen, in unserem Beispiel also die Phospholipid-Moleküle. In der Abbildung, siehst du, im mittleren Bereich der dargestellten Biomembran zusätzliche Cholesterin-Moleküle. Bei Raumtemperatur vermindert Cholesterin die Beweglichkeit von Molekülen, womit sich die Membran-Viskosität erhöht. Bei tiefen Temperaturen verhindert Cholesterin, ein zu dichtes aneinander packen der Phospholipid-Moleküle und somit die Verfestigung der Membran.