ما حجم طبقة الفوسفوليبيد الثنائية؟

طبقة الفوسفوليبيد الثنائية صفيحة من جزيئات الفوسفوليبيد بعمق طبقتين، وهي البنية الأساسية لجميع أغشية الخلايا تقريبًا. ويبلغ سمكها نحو 5 نانومترات، مقيسًا من الحافة الخارجية لرؤوس الجزيئات في أحد الجانبين إلى رؤوس الجزيئات في الجانب الآخر. والنانومتر جزء من مليار من المتر.

الحجم

لكل فوسفوليبيد رأس ينجذب إلى الماء وذيلان يتجنبانه. وفي الطبقة الثنائية تتجه الرؤوس نحو الماء على جانبي الطبقة، وتلتقي الذيول في المنتصف مكوّنة قلبًا طاردًا للماء. وتفيد قياسات جرت مراجعتها في عام 2000 بأن السمك الكلي للطبقات الثنائية المصنوعة من الفوسفاتيديل كولين، وهو فوسفوليبيد شائع، يبلغ من 4.4 إلى 4.7 نانومتر في الشكل السائل الموجود في الخلايا الحية. وفي شكل أبرد وأكثر انتظامًا يصل السمك إلى 5.2 نانومتر.

يشكّل القلب الطارد للماء من 2.6 إلى 2.9 نانومتر من سمك الطبقة الثنائية السائلة. أما أغشية الخلايا الحقيقية فتضم مزيجًا من أنواع كثيرة من الدهون. ووجدت قياسات بالأشعة السينية نُشرت عام 2004 أن المسافة بين مجموعات الفوسفات على جانبي الأغشية المأخوذة من خلايا كبد الجرذ تتراوح بين 3.6 و4.3 نانومتر، وأن الرؤوس تمتد قليلًا إلى ما بعد الفوسفات.

والأغشية مليئة كذلك بالبروتينات التي تغطي نحو نصف مساحة الغشاء، ويبرز كثير منها خارج الغشاء من الجانبين. ومع احتسابها، يوصف سمك الغشاء كاملًا غالبًا بأنه بين 5 و10 نانومترات.

مقارنات الحجم

فوسفوليبيدان، يبلغ طول كل منهما نحو 2 إلى 2.5 نانومتر، يغطيان سمك الطبقة الثنائية إذا وُضعا ذيلًا إلى ذيل.
يكفي طول لولب ألفا المؤلف من 20 إلى 25 حمضًا أمينيًا، ويبلغ طوله من 3 إلى 3.75 نانومتر، لعبور القلب الطارد للماء. وكثيرًا ما تعبر البروتينات التي تخترق الأغشية بهذه الطريقة.
يبلغ عرض فيروس حلقي خنزيري، وهو من أصغر الفيروسات المعروفة حتى عام 2026، نحو ثلاثة أضعاف ونصف سمك الطبقة الثنائية.
لو رُصّت نحو 20,000 طبقة ثنائية فوق بعضها لبلغ سمكها سمك ورقة، أي نحو 0.1 مليمتر.
لو جرى تكبير طبقة ثنائية إلى سمك ورقة، لبلغ عرض شعرة الإنسان من 1.6 إلى 2 متر.

وظيفة الطبقة الثنائية

تفصل الطبقة الثنائية الماء والمواد الذائبة داخل الخلية عن الماء والمواد الذائبة خارجها. ويشكّل قلبها الطارد للماء حاجزًا أمام الماء وأمام المواد التي تكون جزيئاتها مشحونة أو قطبية، والمقصود بالجزيء القطبي أن شحنته الكهربائية موزعة بشكل غير متساوٍ. وتكوّن الفوسفوليبيدات طبقة ثنائية من تلقاء نفسها حين توضع في الماء، وتلتئم الطبقة الناتجة من تلقاء نفسها. ويمكن لإبرة دقيقة جدًا أن تخترق غشاء الخلية دون أن تمزقه، ويعود الغشاء فينساب ويلتئم عند سحب الإبرة.

كيف جرى اكتشافها

تعرّف العلماء إلى غشاء الخلية في تسعينيات القرن التاسع عشر، ووجدوا عام 1915 أنه يتكون في الأساس من دهون وبروتينات. وفي عام 1935 اقترح هيو دافسون وجيمس دانييلي أنه مبني مثل شطيرة، تمثل الدهون حشوتها والبروتينات خبزها. وفي خمسينيات القرن العشرين أظهرت المجاهر الإلكترونية النافذة أن قلب الغشاء طبقة مزدوجة لا طبقة مفردة.

وفي عام 1972 اقترح س. ج. سينغر وغارث نيكلسون نموذج الفسيفساء السائلة، وهو النموذج الذي لا يزال أفضل تفسير لكيفية بناء الأغشية وعملها. ويصوّر هذا النموذج الغشاء فسيفساء من الفوسفوليبيدات والكوليسترول والبروتينات والكربوهيدرات، تطفو وتنزلق بعضها بمحاذاة بعض مثل بلاطات سائبة.