Lexikon der Biologie



Membranproteine



Abb. 1:

Detergentien: Transmembranproteine (integrale Membranproteine) können nur durch solche Agentien aus dem Membranverband herausgelöst werden, welche die hydrophoben Interaktionen aufheben und letztlich die Lipiddoppelschicht zerstören. Diese Aufgabe erfüllen in der Membranbiochemie die Detergentien, kleine amphipathische Moleküle, die in Wasser Micellen (Emulgatoren) bilden können. Ein ideales Detergens sollte das gewünschte Protein von der Membran abtrennen, ohne das Protein zu entfalten; außerdem sollte es leicht wieder zu entfernen sein. Mit Membranen zusammengebracht, können sich die hydrophoben Enden der Detergensmoleküle mit den hydrophoben Bereichen der Membranproteine arrangieren, wobei sie die Lipidmoleküle verdrängen. Die polaren Enden der Detergensmoleküle orientieren sich nach außen zum wäßrigen Milieu. So können derartige Detergens-Protein-Komplexe – meist beinhalten sie auch noch benachbarte Lipidmoleküle aus der Membran – das Membranprotein gleichsam in Lösung bringen. Der polare Molekülteil des Detergens kann entweder geladen sein (anionische oder kationische Detergentien), elektrisch neutral (z.B. Triton X-100) oder als Zwitterion (z.B. CHAPS) vorliegen. Als besonders schonend, d.h. die enzymatische Aktivität der Membranproteine weitgehend erhaltend, haben sich die zwitterionischen und die nicht-ionischen Detergentien erwiesen. Wird das Detergens wieder entfernt, z.B. durch Dialyse, so geht auch dessen solubilisierende Wirkung verloren, und das Protein fällt in wäßriger Lösung als unlösliches Präzipitat aus. Dabei lagern sich die hydrophoben Membranproteinregionen aneinander.



1 Quergeschnittene Detergens-Micelle in Wasser. Die amphipathischen Moleküle ordnen sich so an, daß die hydrophilen Gruppen zur wäßrigen Phase hin orientiert sind. Konzentrationsabhängig kommen Detergentien in wäßrigen Lösungen als Monomere (geringe Detergens-Konzentration) und als Micellen (hohe Konzentration) vor. Eine wichtige Größe ist dabei die kritische micellare Konzentration (CMC), welche die höchste erreichbare Monomerenkonzentration angibt. CMC-Werte liegen im Bereich zwischen 10–2 und 10–6 mol/l. Dabei haben ionische Detergentien höhere CMCs als nicht-ionische. Die Größe einzelner Micellen liegt – je nach Detergens – zwischen 50 und 500 Einzelmolekülen.

2 Solubilisierung von integralen Membranproteinen durch Detergentien.

3 Einige Detergentien

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