Der Bullshitspalt
Nun haben wir die Einleitung hinter uns. Jetz können wir uns dem bloggerischen Alltag widmen.
Heute will ich ein wenig über Biomembranen reden.
Abb. 1: Schema einer Biomembran [1]
Die Biomembran, das werden die Meisten wissen, ist sozusagen der Glaskolben der Zelle. Sie hält die Zellbestandteile zusammen und trennt das wässrige Innere der Zelle vom wässrigen Äußeren der Zelle. Die Membran selbst besteht aus Phospholipiden, Cholesterin, sowie eine große Anzahl verschiedener Membranproteinen, die in der Membran liegen oder durch die Membran hindurchreichen.
Trick der Sache ist, dass Unpolares und Polares sich zusammenlagert, so dass sich eine unpolare Schicht bildet durch die keine polaren Substanzen hindurchgelangen. Polare Substanzen machen dabei einen Großteil des Zellinneren aus und können so lediglich über Poren oder Carrier diese Barriere durchdringen.
Worauf ich eigentlich hinaus will ist allerdings die didaktische Weiterverbreitung dieses Wissens. Dabei zeichnet man meist zwei Schichten Fettsäuren, schön Köpfchen nach draußen, Füße rein und dann ist in der Mitte nichts (vgl. Abb.1 und 2).
Abb.2: Amphiphile Lipide und ihre
verschiedenen Anordnungen im wässrigen Medium [2]
99% der Biomembran Abbildungen enthalten einen Spalt zwischen den beiden Membranschichten voll mit Leere und diese Leere macht physikochemisch keinerlei Sinn.
Es gibt da kein Vakuum an jeder unserer Zellen, dass in einer feinen Schicht zwischen den Lipidschichten unserer Biomembran gelagert wird. Es gibt in der Realität keinen Grund, warum die unpolaren Fettsäurereste der einen Schicht nicht in die Fettsäurereste der anderen Schicht hineinragen sollten, ernergetisch sollte das sogar vorteilhaft sein. Man kann einwenden, das er der zeichnerischen Freiheit entspringt und verdeutlichen soll, dass es sich um zwei Schichten handelt, aber in der Realität hat er keine Entsprechung.
Dieser Spalt ist mittlerweile so allgegenwertig, dass die Wenigsten darüber nachdenken, was er eigentlich bedeuten soll. Einer meiner Professoren nannte diesen Spalt deshalb liebevoll Bullshitspalt.
Ich finde es faszinierend wie langlebig dieser Darstellung schon ist. Auch in den Wissenschaften gibt es Dinge, über die man selten nachdenkt.
Didaktisch einfacher haben es da übrigens die Archaea, weil diese statt zweilagigen Fettsäureestern eher zu einlagigen Ethern neigen, da ergibt sich die Frage des Spaltes garnicht erst.
Bildquellen:
[1] created by LadyofHats, translation Muffco, public domain, via wikipedia
[2] created by LadyofHats, derivative by Matt, public domain, via wikipedia
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Hmm, habe da echt noch nie drüber nachgedacht, aber kann man sich das tatsächlich als Leere vorstellen? Ich glaube echt, dass das nur auf die zeichnerische Freiheit zurückgeht, da ja zahlreiche integrale und periphere Membranproteine die Membran durchziehen. Zudem gibt es ja auch Tausende Metabolite und kleinere Ionen, die durch die Membran transportiert werden müssen und sich im Spalt garantiert in gewissen Konzentrationen anreichern, da man zwischen den Phospholipiden ja auch ein wässriges Milieu hat.
@Sebastian
"Ich glaube echt, dass das nur auf die zeichnerische Freiheit zurückgeht, da ja zahlreiche integrale und periphere Membranproteine die Membran durchziehen."
Das war der springende Punkt. :D
Das Ding ist halt, wenn man nachfragt, dann gibt es durchaus nicht wenige, die den Spalt nicht als die zeichnerische Freiheit erkennen, die er ist.
Naja die Konzentration von Wasser und Ionen zwischen den Schichten sollte schon ziemlich gering sein...
Schöner Hinweis! Danke.
"Naja die Konzentration von Wasser und Ionen zwischen den Schichten sollte schon ziemlich gering sein..."
Nur gering oder doch eher Null, denn Wasser hat da eigentlich gar nichts zu suchen.
Benachbarte Phospholipide tauschen ja in einer Rate von 10^7 pro Sekunde ihre Plätze, ist es dann tatsächlich so, dass durch die hydrophoben Schwänze absolut kein Wasser in diesen "Zwischenraum" gelangt?
Donnerwetter! Genau so habe ich das auch gelernt und habe nie weiter drüber nachgedacht. Aber jetzt! Hab auch immer schön das Köpfchen nach außen und Füße nach innen gepinselt...
Der Artikel hat mich jetzt sehr gefreut!
@Markus @Sebastian
"Nur gering oder doch eher Null, denn Wasser hat da eigentlich gar nichts zu suchen."
Jein. Natürlich ist die Membran nicht zementiert und natürlich bewegen sich die Lipide in der Membran. Da die Fettsäuren unpolar sind ist die Menge an Ionen die da durchflutscht relativ nahe bei Null.
Wasser wiederum ist zwar polar, aber nicht geladen und kann durchaus in die Membran und hindurch wandern.
Auf die schnelle hab ich Permeabilitätskoeffizienten von 10^-3 cm/s für Wasser und 10^-10 cm/s für Chlorid gefunden (http://bit.ly/jlkPio).
Ist halt eine Frage der Größenordnung.
Wenn man trockenes Hexan haben will im Labor, schreckt man trotzdem nicht davor zurück es über Natrium-Kalium zu lagern.
@Sören Die Freude ist ganz meinerseits!Ok, danke! Ich kann mir halt nicht vorstellen, dass der Raum zwischen den Phospholipiden total molekülfrei sein soll. Die Doppelmembran beruht ja auf dem Fluid-Mosaik-Modell, welches über die Jahre jetzt schon öfter modifiziert wurde und welches eben besagt, dass das ganze Gebilde ziemlich "flüssig" in seiner Konsistenz ist. Dass dann aufgrund dieser "Flüssigkeit" gewisse Substanzen sich nicht im hydrophoben Bereich ansammeln können, fällt mir schwer zu glauben.
@Sebastian
"Ich kann mir halt nicht vorstellen, dass der Raum zwischen den Phospholipiden total molekülfrei sein soll."
Ich glaub wir haben einander missverstanden. Da ist KEIN Raum zwischen den Phospholipidschichten. Da wird nix freigehalten und da ist kein Spalt.
Das wollte ich eigentlich die ganze Zeit deutlich machen. ^^
Biomembranen gehören wohl didaktisch gesehen wie andere Zellorganellen - also etwas die Ribosomen - zur Kategorie der bis auf Molekülebene aufgelösten biomolekularen Maschinen für die die Bildsprache sich an Legomodelle anlehnt.
Und ein Legomodell hat nun mal keine überlappenden Bausteine, höchstens ineinandergreifende. Das Ideal, dem im Legomodell nachgelebt wird, ist die Diskretisierung, Atomisierung, also das Gegenteil eines flauschigen Pastells, eines Durcheinanderfliessens.
Jedes Ideal und jedes Modell macht - zum Teil bewusst - Fehler. Richtig: Bilder sind suggestiv und richtig: Bilder sind nicht die Wahrheit.
Im "Fluid Mosaic Model" von Singer und Nicolson (1972) gab es noch keinen "Bullshitspalt". Finde ich bemerkenswert... ;-)
http://cnx.org/content/m15255/latest/
http://www.uni-due.de/~can230/DAHJAX.png
Das ist eine Darstellung der Kristallstruktur von Sodium 2,3-dimyristoyl-D-glycero-1- phosphate aus der CSD. Spalt oder nicht?
Man kann die auch mit van der Waals Radien statt Stäbchen darstellen.
http://www.uni-due.de/~can230/DAHJAX-vdw.png
Dann sieht das schon spaltloser aus. Eine aliphatische Kette endet eben nicht an der Position des letzten C-Atoms, sondern etwa 175 pm dahinter.
Eine Verzahnung gegenüberliegender Lagen würde mich eher wundern, aber OK. Dynamisch kann sich das sicherlich noch anders ordnen.
Bei einer Membran aus nur einer Molekülart, würde auch ich keine Verzahnung erwarten. Aber Biomembranen enthalten meines Wissens eine ganze Reihe verschiedener Moleküle, die unterschiedlich lang sind. Wenn dabei keine Verzahnung auftritt, würde mich das Wundern. Zumal es ja Proteine gibt, die durch die Doppelmembran hindurchgehen.
Habe dich schon richtig verstanden, aber habe gedacht, dass es Menschen gibt, die tatsächlich an so einen Spalt glauben. Aus diesem Grund habe ich meine Bedenken gegenüber dessen hier erläutert.
Es hat sich ja in der Wissenschaft eingebürgert, dass gewisse Tatsachen mit immer den gleichen Bildern geschildert werden. Dieses übliche Bild der Doppelmembran soll darstellen, dass es zwei Lagen gibt. Tatsächlich zeigt es aber zwei Lagen mit einem Spalt, der real gar nicht existiert.
Ich habe darüber 2008 mal gebloggt:
Die Macht der Bilder
Falls jemanden interessiert, woher der schöne Sinnspruch mit den Worten kommt: aus der Werbung: http://www.meta-physik.com/...r-als-tausend-worte/
das sind dann so die klugen momente des lebens... in denen manch einer am liebsten kotzen gehen würde...
Hi,
ich bin grad über eine andere "Ungereimtheit" gestolpert. Oft wird im Unterricht, zur Unterscheidung von Physik und Chemie, das Lösen von Salz/Zucker dem Verbrennen von Papier gegenübergestellt. Dabei soll das Herstellen der Lösung einen physikalischen Vorgang beschreiben. Doch wenn ich es mir recht überlege ist es doch ein reversibler chemischer Vorgang. Oder irre ich hier?
Gruß
@erklaerbaer4224
Sorry für die späte Antwort, ich war die letzten Tage unpässlich und dann verläuft sich sowas leider sehr schnell.
Nun grundsätzlich ist es immer etwas schwierig Dinge abzugrenzen, die eigentlich zusammen gehören.
Chemie beschäftigt sich erstmal mit Stoffen und ihrer Umwandlung. So gesehen wäre eine Lösung kein Reaktionsprodukt, weil keine Stoffveränderung stattfindet.
Andererseits kann man natürlich argumentieren, das in Lösungen sehr wohl zwischen Lösungsmittel und Gelöstem unterschiedlich starke Anziehungskräfte bestehen können.
Lösen wäre also physikalisch, wenn man sich vornehmlich mit der Zustandsänderung beschäftigt, chemisch wäre sie, wenn man sich vornehmlich mit den evtl. entstehenden Ordnung in der Lösung beschäftigt. :D