Was sind Amphiphile

Amphiphile sind Stoffe, die man an sehr vielen Stellen im Alltag findet. So sind z.B. Seifen Amphiphile (sonst könnte man mit ihnen nicht waschen). Ja man trägt sogar eine ganze Menge dieser Amphiphile jeden Tag mit sich herum. Alle Membranen in und um eine jede tierische (also auch menschliche) Zelle haben nämlich als Grundbestandteil bestimmte Amphiphile, die sogenannte Lipide.

Aus dem Alltag weiß man, dass es Stoffe gibt, wie z.B. Salz oder Zucker, die sich gut in Wasser lösen und solche, die sich nur schlecht in Wasser lösen, z.B. Öl. Die Ersteren nennt man hydrophil, d.h. wasserliebend und die Letzteren hydrophob, d.h. wasserabstoßend. Wenn nun die Welt nur aus diesen beiden Gruppen von Stoffen bestehen würde, wäre es nicht möglich irgendeinen Ölfleck mit etwas anderem als mit einem öligen (hydrophoben) Lösungmittel auszuwaschen, so dass man im Endeffekt den öligen Fleck nicht los werden würde. Zum Glück ist das aber noch nicht die ganze Geschichte. Es gibt nämlich noch Stoffe, die beides zugleich sind. Diese nennt man dann amphiphil bzw. Amphiphile.

Amphiphile bestehen typischerweise aus einem hydrophilen Kopf (auch Kopfgruppe genannt) und bis zu vier hydrophoben Ketten. In der nebenstehenden Abbildung sind einige Amphiphile schematische dargestellt. Die weißen Kreise symbolisieren dabei die Kopfgruppe (hydrohil) und die schwarzen Kreise Glieder der hydrophoben Kette(n). Die Abbildung zeigt keine realen Amphiphile, sondern vergröberte Modellamphiphile, wie ich sie in meiner Doktorarbeit untersucht habe.

Seifen (oder allgemeiner Tenside) sind, wie oben erwähnt, Amphiphile. Mit ihrer Kopfgruppe sind sie in Wasser löslich und mit ihrer Kette (Tenside haben meistens nur eine) können sie den hydropoben Schmutz lösen. Dieser wird dann von den Seifenmolekülen eingeschlossen, wobei die Kopfgruppen nach außen zeigen. Dadurch wird das ganze Aggregat aus Schmutz und Seife wasserlöslich.

Die Ketten der Lipide, aus denen die Zellmembranen bestehen, sind besonders hydrophob. Wenn man nun Lipide in Wasser bringt, bilden sie sofort Aggregate, bei denen die Kopfgruppen außen die innen liegenden Ketten vor dem Wasser abschirmen. Dabei können sich je nach Konzentration der Lipide kugelförmige, zylinderförmige oder auch flache Aggregate bilden. Dies kann auch sehr schön an den Modelamphiphilen, die ich in meiner Doktorarbeit untersucht haben, gesehen werden. Die flachen Aggregate nennt man auch Doppelschicht, weil sie aus zwei Schichten von Lipiden bestehen, die so angeordnet sind, dass die Ketten zu einander zeigen (siehe auch nebenstehende Abbildung einer Modelmembran). Wegen der großen Hydrophobizität der Ketten der Lipide, kann solch ein Aggregat nur sehr schwer zerstört werden.

Außerdem bilden diese Doppelschichten große im Vergleich zur Dicke der Membran (von ca. 4 nm) große Objekte, die Kugelschalen ähneln, sog. Vesikel (Durchmesser bis zu einigen Mikrometern). Letztendlich ist jede Zelle solch ein Vesikel, das mit Zellplasma und Organellen (das sind die "Organe" der Zelle) gefüllt ist. Allerdings enthalten die Doppelschichten der Zellmembranen noch sehr viele Proteine, die verschiedene Aufgaben erfüllen. Aber auch Doppelschichten ohne eingelagerte Proteiene werden oft Membranen genannt.

Viele Zellorganellen sind ihrerseits mit Membranen umgeben. Da gleiche gilt auch für den Zellkern. Darüber hinaus werden in der Zelle kleine Vesikel zum Transport von Stoffen (Enzymen, ATP, etc.) eingesetzt.

In meiner Doktorarbeit habe ich mich nur mit den elastischen Eigenschaften solcher Membranen beschäfftigt. Für größere Membranstücke (so groß, das man sie gerade noch im Lichtmikroskop sehen kann) waren diese bereits bekannt. Was nun fehlte waren elastischen Eigenschaften von Membranen, die aus wenigen Molekülen bestehen. Es zeigte sich das diese fast dieselben sind wie bei größere Membranstücke.