How big is Fosfolipiid?

Fosfolipiid on rasvataoline molekul, millest rakumembraanid peamiselt koosnevad. Tal on vee poole tõmbuv pea ja kaks vett vältivat saba. Pea välisservast sabaotsteni on üks fosfolipiid umbes 2,5 nanomeetrit pikk ja nanomeeter on meetri miljardik.

Suurus

Fosfolipiidi pea on fosfaati sisaldav rühm, mis on kinnitunud väikese molekuli, glütserooli külge. Kaks saba on rasvhapped, pikad süsiniku- ja vesinikuaatomite ahelad, tavaliselt 10–20 süsinikuaatomit pikad. Iga süsinik lisab saba pikkusele umbes 0,13 nanomeetrit.

Täpne pikkus oleneb sabadest ja sellest, kuidas need paiknevad. Elavas membraanis on sabad vedelad, painduvad ja väänlevad. Rakubioloogia teatmeteos annab tüüpilise fosfolipiidi pikkuseks peast sabani 2 nanomeetrit.

2000. aasta ülevaates käsitletud mõõtmised näitasid, et fosfatidüülkoliini, levinud fosfolipiidi, kiht on vedelana umbes 2,2–2,3 nanomeetrit paks ja jahedamas, korrapärasemas vormis, kus sabad on sirgemad, 2,6 nanomeetrit. Kiht on ühe molekuli sügavune, seega nii kaugele ulatub üks molekul membraani keskkohast selle pinnani. Iga molekul vedelas kihis võtab enda alla umbes 0,6–0,7 ruutnanomeetrit pinda. Pikkuse hinnangud ulatuvad seetõttu umbes 2-st 2,6 nanomeetrini.

Suuruste võrdlused

• Kaks fosfolipiidide kihti, sabad vastakuti, moodustavad fosfolipiidse kaksikkihi, kile, mis asub peaaegu kõigi rakumembraanide keskmes.
• Fosfolipiid on umbes kaks korda pikem kui alfaheeliks lai. Alfaheeliks on valkude levinud osa.
• See on umbes sama pikk kui DNA kaksikheeliksi laius, 2 nanomeetrit.
• Umbes 30 000–50 000 fosfolipiidi, otsakuti ritta pandud, ulatuksid inimese juuksekarva laiuseni, mis on 80 000–100 000 nanomeetrit.
• Ühe ruutmillimeetri suurust pinda katev fosfolipiidide üksikkiht sisaldaks umbes 1,5 triljonit molekuli.

Kuidas fosfolipiidid membraane ehitavad

Kuna fosfolipiidide pead tõmbuvad vee poole ja sabad mitte, rühmituvad fosfolipiidid vees nii, et sabad on üksteise poole ja pead väljapoole. Nad moodustavad kaksikkihi, mis eraldab ühel pool olevat vett teisel pool olevast veest. Vees kuumutatuna moodustavad fosfolipiidid tavaliselt ise pisikesi kerakesi, mille pead on väljas ja sabad sees.

Sabade kuju aitab membraane vedelana hoida. Saba, mille süsinikuaatomite vahel on ainult üksiksidemed, on üsna sirge. Kaksikside tekitab sabasse umbes 30-kraadise painde ja need käänud lükkavad naabermolekule teineteisest eemale. Tänu sellele ei jäigastu membraan külmas.

Õli tiigil

Benjamin Franklin valas Londoni lähedal asuvasse tiiki mitte rohkem kui teelusikatäie õli ja jälgis, kuidas see levis võib-olla poole aakri suurusele alale. Õli moodustas ühe molekuli paksuse kihi. Õli molekulid on oma omadustelt sarnased nendega, millest koosneb rakumembraani kumbki kiht.

Teelusikatäis mahutab umbes 5 kuupsentimeetrit ja pool aakrit on umbes 2 000 ruutmeetrit, seega oli kiht umbes 2,5 nanomeetrit paks. Agnes Pockels töötas hiljem välja viisi selliste üksikkihtide tegemiseks laboris, mis võimaldas teadlastel molekulide suurust täpselt kindlaks määrata.

Allikad

• Components and Structure. In Biology 2e, 2nd edition. OpenStax, 2018.
• Lipids. In Biology 2e, 2nd edition. OpenStax, 2018.
• Structure of Lipid Bilayers. Nagle and Tristram-Nagle, Biochimica et Biophysica Acta, 2000.
• What Is the Thickness of the Cell Membrane?. In Cell Biology by the Numbers. Milo and Phillips, Garland Science, 2015.
• Predicting Helical Topologies in RNA Junctions as Tree Graphs. Laing et al., PLoS ONE, 2013.
• DNA Structure and Sequencing. In Biology 2e, 2nd edition. OpenStax, 2018.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.