12.3.1. Phospholipide sind die Hauptklasse der Membranlipide
Phospholipide sind in allen biologischen Membranen reichlich vorhanden. Ein Phospholipidmolekül besteht aus vier Komponenten: Fettsäuren, einer Plattform, an die die Fettsäuren gebunden sind, einem Phosphat und einem an das Phosphat gebundenen Alkohol (Abbildung 12.3). Die Fettsäurekomponenten bilden eine hydrophobe Barriere, während der Rest des Moleküls hydrophile Eigenschaften aufweist, um eine Interaktion mit der Umgebung zu ermöglichen.
Abbildung 12.3
Schematischer Aufbau eines Phospholipids.
Die Basis, auf der Phospholipide aufgebaut sind, kann Glycerin, ein Alkohol mit 3 Kohlenstoffatomen, oder Sphingosin, ein komplexerer Alkohol, sein. Von Glycerin abgeleitete Phospholipide werden als Phosphoglyceride bezeichnet. Ein Phosphoglycerid besteht aus einem Glycerin-Grundgerüst, an das zwei Fettsäureketten (deren Eigenschaften in Abschnitt 12.2.2 beschrieben wurden) und ein phosphorylierter Alkohol gebunden sind.
In Phosphoglyceriden sind die Hydroxylgruppen an C-1 und C-2 des Glycerins mit den Carboxylgruppen der beiden Fettsäureketten verestert. Die C-3-Hydroxylgruppe des Glycerin-Grundgerüsts ist mit Phosphorsäure verestert. Wenn keine weiteren Zusätze vorgenommen werden, ist die resultierende Verbindung Phosphatidat (Diacylglycerin-3-phosphat), das einfachste Phosphoglycerid. Phosphatidat ist nur in geringen Mengen in Membranen vorhanden. Das Molekül ist jedoch ein wichtiges Zwischenprodukt bei der Biosynthese der anderen Phosphoglyceride (Abschnitt 26.1). Die absolute Konfiguration des Glycerin-3-Phosphat-Anteils der Membranlipide ist in Abbildung 12.4 dargestellt.
Abbildung 12.4
Struktur von Phosphatidat (Diacylglycerin-3-Phosphat). Dargestellt ist die absolute Konfiguration des mittleren Kohlenstoffs (C-2).
Die wichtigsten Phosphoglyceride entstehen aus Phosphatidat durch die Bildung einer Esterbindung zwischen der Phosphatgruppe von Phosphatidat und der Hydroxylgruppe eines von mehreren Alkoholen. Die üblichen Alkoholelemente von Phosphoglyceriden sind die Aminosäure Serin, Ethanolamin, Cholin, Glycerin und Inositol.
Die Strukturformeln von Phosphatidylcholin und den anderen Hauptphosphoglyceriden – nämlich Phosphatidylethanolamin, Phosphatidylserin, Phosphatidylinositol und Diphosphatidylglycerin – sind in Abbildung 12 dargestellt.5.
Abbildung 12.5
Einige häufige Phosphoglyceride in Membranen.
Sphingomyelin ist ein in Membranen vorkommendes Phospholipid, das nicht von Glycerin abgeleitet ist. Stattdessen besteht das Rückgrat von Sphingomyelin aus Sphingosin, einem Aminoalkohol, der eine lange, ungesättigte Kohlenwasserstoffkette enthält (Abbildung 12.6). Im Sphingomyelin ist die Aminogruppe des Sphingosin-Grundgerüsts über eine Amidbindung mit einer Fettsäure verbunden. Außerdem ist die primäre Hydroxylgruppe von Sphingosin mit Phosphorylcholin verestert.
Abbildung 12.6
Strukturen von Sphingosin und Sphingomyelin. Der Sphingosin-Anteil von Sphingomyelin ist blau hervorgehoben.