Eine Membran umgibt jede lebende Zelle und hält das Innere der Zelle von der Außenwelt getrennt und geschützt. Viele Faktoren beeinflussen das Verhalten dieser Membran und die Temperatur ist einer der wichtigsten. Die Temperatur hilft zu bestimmen, was in die Zelle eindringen oder sie verlassen kann und wie gut Moleküle in der Membran funktionieren können. Zu hohe oder zu niedrige Temperaturen können die Zelle durch ihre Wirkung auf die Zellmembran ernsthaft schädigen und in den extremen Temperaturbereichen abtöten.
Was macht eine Zellmembran aus?
EIN Zellmembran wird Doppelschicht genannt, weil es aus zwei Schichten, die sich gegenüberstehen und die Zelle umgeben. Chemisch wird jede Schicht von Fettmolekülen gebildet, die als Phospholipide bezeichnet werden. Jedes Molekül hat ein Ende, das Wasser abstößt, den Kopf, und ein anderes Ende, den Schwanz, das Wasser abstößt. Das Natur der Phospholipide in der Membran hilft, sie flüssig und halbdurchlässig zu halten, so dass einige Moleküle wie Sauerstoff, Kohlendioxid und kleine Kohlenwasserstoffe können sich durch sie hindurch bewegen und in die Zelle eindringen, während andere Moleküle, die für die Zelle schädlich oder nicht benötigt werden, heraus gehalten.
Eine Zellmembran enthält auch Proteine, entweder auf ihrer inneren oder äußeren Oberfläche – sogenannte periphere Proteine – oder in die Membran eingebettet und sogenannte integrale Proteine. Da die Membran flüssig und nicht starr ist, können sich diese Proteine innerhalb der Membran bewegen, um den Bedarf der Zelle zu decken und sie gesund zu erhalten. Wenn Zellen wachsen und sich vergrößern, nimmt auch die Membran an Größe zu und behält ihre Fluidität bei, damit dieses Wachstum reibungslos ablaufen kann.
Hohe Temperaturen erhöhen die Fließfähigkeit
Zellen funktionieren am besten bei normaler physiologischer Temperatur, die bei warmblütigen Tieren wie dem Menschen 98,6 Grad Fahrenheit beträgt. Steigt die Körpertemperatur, zum Beispiel bei hohem Fieber, kann die Zellmembran flüssiger werden. Dies geschieht, wenn die Fettsäureschwänze der Phospholipide weniger starr werden und mehr Proteine und andere Moleküle in und durch die Membran bewegen können. Dies kann die Durchlässigkeit der Zelle verändern, wodurch möglicherweise einige potenziell schädliche Moleküle eindringen können. Sowohl integrale als auch periphere Proteine in der Membran können auch durch hohe Temperaturen geschädigt werden, und bei extremer Hitze kann die Hitze diese Proteine zersetzen oder denaturieren.
Niedrige Temperatur versteift die Membran
Ein Temperaturabfall kann sich auch negativ auf Zellmembranen und Zellen auswirken. Bei niedriger Temperatur bewegen sich die Fettsäureschwänze der Phospholipide weniger und werden starrer. Dies verringert die Gesamtfluidität der Membran, verringert auch ihre Durchlässigkeit und schränkt möglicherweise den Eintritt wichtiger Moleküle wie Sauerstoff und Glukose in die Zelle ein. Eine niedrige Temperatur kann auch das Zellwachstum verlangsamen, indem sie die Größenzunahme der Zelle verhindert. In extremen Situationen, wie z. B. längerer Einwirkung von Temperaturen unter dem Gefrierpunkt, kann die Flüssigkeit in der Zelle zu gefrieren beginnen und Kristalle bilden, die die Membran durchdringen und die Zelle letztendlich abtöten können.