Flüssig-Mosaik-Modell

Darstellung der Zellmembran nach dem
Flüssig-Mosaik-Modell – mit integralen Proteinen, extrazellulärer Matrix und der Doppellipidschicht

Das Flüssig-Mosaik-Modell (englisch fluid mosaic model) ist ein von Seymour Jonathan Singer und Garth Nicolson im Jahre 1972 entworfenes Modell, das die Anordnung und Organisation biologischer Membranen beschreibt.

Beschreibung

Nach dem Modell ist die Doppellipidschicht eine zweidimensionale Lösung gerichteter Lipide und globulärer Proteine. Lipide und integrale Membranproteine können lateral ungehindert in der Lipidmatrix diffundieren (laterale Diffusion), sofern dies nicht durch spezifische Wechselwirkungen unterbunden wird. Phospholipide können neben der lateralen Diffusion noch eine transversale Diffusion, den so genannten Flipflop ausführen, welcher aber viel langsamer abläuft.

Eine dritte Klasse der Lipide, das Cholesterin, falls in großen Mengen am Membranaufbau beteiligt, erhöht die Viskosität der Membran. Zusätzlich reguliert werden kann die Fluidität durch Variation der Doppelbindungszahl und Länge der Fettsäurereste. Höhere Temperaturen, kurze Fettsäurereste und viele ungesättigte Bindungen erhöhen ebenfalls den Grad der Fließfähigkeit.

Schema des Versuchs von Frye und Edidin von 1972

Zur gleichen Zeit wie Singer und Nicolson führten L. D. Frye und M. Edidin ebenfalls Versuche zum Aufbau der Zellmembran durch: Sie markierten die Membranproteine zweier Zellen mit unterschiedlichen Farbstoffen und fusionierten die Zellen anschließend. Nach circa 40 Minuten hatten sich die Proteine auf der neuen Zelle vermischt, sie müssen also in der Zellmembran beweglich sein.

Das Modell gilt inzwischen weitgehend als überholt, da praktisch alle grundsätzlichen Annahmen in der Realität nicht gegeben sind: Membranproteine liegen in so hoher Konzentration vor, dass sie nicht „weit voneinander entfernt“ in der Lipidschicht schwimmen, sondern sich gegenseitig beeinflussen. Außerdem sind die meisten Transmembranproteine sehr viel größer als die typische Dicke einer ungestörten Lipiddoppelschicht. Biomembranen besitzen also durchaus eine lokale Ordnung, die jedoch sehr schwer direkt beobachtbar ist. Vor einigen Jahren wurden lokale funktionale Ordnungsstrukturen unter dem englischen Begriff Lipid Rafts diskutiert.

Siehe auch

• Anomale Diffusion

Literatur

• Lubert Stryer: Biochemie. 4. Auflage, Spektrum, 1999.
• Donald M. Engelman: Membranes are more mosaic than fluid. In: Nature. Band 438, Nr. 7068, Dezember 2005, S. 578–580, doi:10.1038/nature04394.