Floppase

Eine Floppase ist ein membrangebundenes Transportprotein, das unter Spaltung von Adenosintriphosphat (ATP) Phospholipide von der inneren (zytosolischen) Schicht einer biologischen Lipiddoppelschicht auf die äußere (exoplasmatische bzw. luminale) Schicht transportiert („Inside-Out“-Transport). Zusammen mit Flippasen und Scramblasen steuern Floppasen die asymmetrische Verteilung von Lipiden in biologischen Membranen.

Funktion und Mechanismus

Biologische Membranen besitzen eine asymmetrische Lipidzusammensetzung zwischen den beiden Lamellen (Monolayern). Während aminohaltige Phospholipide wie Phosphatidylserin (PS) und Phosphatidylethanolamin (PE) überwiegend auf der zytosolischen Seite konzentriert sind, befinden sich Phosphatidylcholin (PC), Sphingomyelin sowie Glykolipide vor allem auf der exoplasmatischen Seite.

Aufgrund des hydrophoben Kerns der Membran ist ein spontanes Wechseln geladener oder stark polarer Lipidkopfgruppen zwischen den Schichten (sogenannter Flip-Flop) energetisch ungünstig und verläuft extrem langsam (Halbwertszeiten im Bereich von Tagen bis Wochen).

Floppasen katalysieren diese Translokation gegen einen Konzentrations- bzw. Asymmetriegradienten. Der Transport ist primär aktiv und nutzt die Energie aus der Hydrolyse von ATP, um Phospholipide gezielt von innen nach außen zu verlagern.

Proteinfamilien

Im Gegensatz zu Flippasen (die überwiegend der Familie der P4-ATPasen angehören) zählen die meisten identifizierten Floppasen zur Superfamilie der ABC-Transporter (ATP-binding cassette transporters):

ABCA1: Spielt eine zentrale Rolle beim Export von Cholesterin und Phosphatidylcholin zur Bildung von High Density Lipoproteins (HDL). Mutationen führen zum Tangier-Syndrom.
ABCB1 (MDR1 / P-Glykoprotein): Bekannt für den Export hydrophober Arzneistoffe und Fremdstoffe aus Zellen, transportiert aber auch kurzkettige Phospholipide nach außen.
ABCB4 (MDR3): Transloziert Phosphatidylcholin in die Gallengänge der Leber, um die Zellmembranen der Gallenwege vor aggressiven Gallensalzen zu schützen.

Abgrenzung zu verwandten Lipidtransportern

Transporter	Richtung	Energiebedarf	Spezifität
Floppase	Zytosol → Exoplasma (innen nach außen)	ATP-abhängig	Breit (u. a. PC, Cholesterin, Fremdstoffe)
Flippase	Exoplasma → Zytosol (außen nach innen)	ATP-abhängig	Spezifisch (v. a. PS und PE)
Scramblase	Bidirektional (innen ↔ außen)	ATP-unabhängig (Ca²⁺-aktiviert)	Unspezifisch (hebt Membranasymmetrie auf)

Physiologische Bedeutung

Erhaltung der Membranasymmetrie: Die koordinierte Aktivität von Flippasen und Floppasen garantiert das Membranpotential, die Membrankrümmung und die Funktionalität membranständiger Signalwege.
Vermeidung vorzeitiger Apoptose-Erkennung: Floppasen tragen indirekt dazu bei, dass sich Phosphatidylserin nicht dauerhaft auf der Zelloberfläche anreichert. Eine Exposition von PS auf der Außenseite dient Makrophagen als Signal („Eat-me-Signal“) zur Phagozytose.
Lipidhomöostase und Gallebildung: Floppasen ermöglichen den gerichteten Auswärtstransport von Lipiden in Sekrete (z. B. Galle oder Lungen-Surfactant) und in den Blutkreislauf zur Bildung von Lipoproteinen.

Literatur

Bruce Alberts et al.: Molecular Biology of the Cell. 7. Auflage. W. W. Norton & Company, 2022, ISBN 978-0-393-88482-1.
Philippe F. Devaux: Static and dynamic lipid asymmetry in cell membranes. In: Biochemistry. Band 30, Nr. 5, 1991, S. 1163–1173, doi:10.1021/bi00219a001.
Peter A. Leventis, Sergio Grinstein: The Distribution and Function of Phosphatidylserine in Cellular Membranes. In: Annual Review of Biophysics. Band 39, 2010, S. 407–427, doi:10.1146/annurev.biophys.093008.131234.