Arbeitsblatt Matratzenmodell

Modelle für die Biomembran: Fluid-Mosaic-Modell oder Matratzenmodell?

Material:

• M1 Abbildung und Beschreibung des Fluid-Mosaic-Modells: siehe Schulbuch
• M2 Informationstext zum Matratzenmodell aus einer wissenschaftlichen Arbeit 2004:

Modelle für die Biomembran: Fluid-Mosaic-Modell oder Matratzenmodell?

Das Fluid-Mosaic-Modell erlaubt grundsätzlich seitlich die freie Diffusion sowohl von Lipidmolekülen als auch von Proteinen. Singer und Nicolson schlossen langreichweitige Wechselwirkungen innerhalb der Membran aus. Die Lipide werden als grundsätzlich statistisch verteilt angesehen. Für die Tatsache, dass es in biologischen Membranen teilweise bis zu 100 unterschiedliche Lipide gibt, kann keine Erklärung gegeben werden. Eine Ausbildung von besonderen Strukturen sowie das Phasenverhalten von Lipiden (Beweglichkeit der Lipide gegenüber den Proteinen) finden keinen Platz in diesem Modell. Dies ist Gegenstand aktueller Forschung.

Integrale Membranproteine weisen hydrophobe und hydrophile Teile auf. Je nachdem wie groß diese Teile sind, kann dies die Verteilung bzw. den Zustand der umliegenden Lipide beeinflussen. Wenn die hydrophoben Teile des Proteins, für die es energetisch ungünstig ist, mit dem Wasser Kontakt zu haben, länger als die Dicke der Lipiddoppelschicht sind, bewirkt dies eine Veränderung der Dicke der Lipiddoppelschicht. Oder aber, wenn die hydrophoben Teile des Proteins kürzer sind, was einen ebenso ungünstigen Kontakt der hydrophilen Teile mit den hydrophoben Resten der Lipidmoleküle zur Folge hätte, verändert sich die Dicke der Lipidschicht ebenfalls. Dies wird dadurch erreicht, dass Lipide mit längeren bzw. kürzeren Resten das Protein umgeben oder sich der Zustand der Lipide dabei verändert von flüssig zu gelförmig oder umgekehrt. Da das Membranbild an eine Matratze mit Knöpfen erinnert, wählten Bloom und Mouritsen 1984 den Begriff „matress model“ für ihr Membranmodell.

Verändert, nach: Pollakowski Denis, Thermodynamische und strukturelle Untersuchungen an künstlichen und biologischen Membranen, Diplomarbeit, Fakultät für Physik, Georg-August-Universität zu Göttingen, 2004, Seite 21-22

Abbildung: Matratzenmodell: Verschieden große Lipidmoleküle umgeben verschieden große Proteinmoleküle; grau hydrophobe Bereiche des Proteins, weiß hydrophile Bereiche des Proteinmoleküls Quelle: ZPG Biologie

Aufgaben:

1. Fertigen Sie eine beschriftete Zeichnung des Fluid-Mosaic-Modells der Biomembran an!
2. Erläutern Sie den Zusammenhang zwischen Struktur und Funktion der Biomembran nach dem Fluid-Mosaic-Modell.
3. Stellen sie die experimentellen Befunde zusammen, die gegen das Fluid-Mosaic-Modell sprechen und geben Sie an, wie diese mit dem Matratzenmodell erklärt werden können.
   
   

   Experimentelle Befunde	Erklärung durch das Matratzenmodell

   
   
4. Kann man folgender Aussage zustimmen: „Das Matratzenmodell der Biomembran ist das beste Modell, das es gibt.“ Begründen sie!

Lösungsvorschlag

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