How big is Fosfolipiidne kaksikkiht?

Fosfolipiidne kaksikkiht on kahe molekulikihi paksune fosfolipiidimolekulide kile ja see on peaaegu kõigi rakumembraanide põhistruktuur. See on umbes 5 nanomeetrit paks, mõõdetuna ühel pool olevate molekulipeade välisservast teisel pool olevate peade välisservani. Nanomeeter on meetri miljardik.

Suurus

Igal fosfolipiidil on vee poole tõmbuv pea ja kaks vett vältivat saba. Kaksikkihis on pead pööratud mõlemal küljel oleva vee poole ja sabad kohtuvad keskel, moodustades vett tõrjuva tuuma. 2000. aastal läbi vaadatud mõõtmiste järgi on fosfatidüülkoliinist, levinud fosfolipiidist, koosnevate kaksikkihtide täispaksus elusrakkudes esineva vedela vormi korral 4,4–4,7 nanomeetrit. Jahedamas, korrapärasemas vormis ulatub see 5,2 nanomeetrini.

Vett tõrjuv tuum moodustab vedela kaksikkihi paksusest 2,6–2,9 nanomeetrit. Tegelikud rakumembraanid koosnevad paljudest erinevatest lipiididest. 2004. aastal avaldatud röntgenmõõtmised näitasid roti maksarakkude membraanide kahel küljel olevate fosfaatrühmade vahel 3,6–4,3 nanomeetrit ja pead ulatuvad fosfaatidest veidi kaugemale.

Membraanid on täis ka valke, mis katavad umbes poole membraani pindalast, ja paljud valgud ulatuvad membraanist välja mõlemale poole. Nendega koos arvestatuna kirjeldatakse tervet membraani sageli 5–10 nanomeetri paksusena.

Suuruste võrdlused

Kaks fosfolipiidi, kumbki umbes 2–2,5 nanomeetrit pikk, saba saba vastu asetatult, ulatuvad kaksikkihi ühest servast teiseni.
20–25 aminohappest koosnev alfaheeliks, 3–3,75 nanomeetrit pikk, on piisavalt pikk, et ületada vett tõrjuv tuum. Membraani läbivad valgud teevad seda sageli just nii.
Sigade tsirkoviirus, 2026. aasta seisuga üks väikseimaid teadaolevaid viirusi, on umbes kolm ja pool korda nii lai, kui kaksikkiht on paks.
Umbes 20 000 üksteise peale laotud kaksikkihti oleksid kokku sama paksud kui paberileht, mis on umbes 0,1 millimeetrit paks.
Kui kaksikkiht oleks suurendatud paberilehe paksuseks, oleks inimese juuksekarv 1,6–2 meetrit lai.

Mida kaksikkiht teeb

Kaksikkiht eraldab raku sees olevat vett ja lahustunud aineid sellest, mis on väljaspool rakku. Selle vett tõrjuv tuum on tõke veele ning ainetele, mille molekulid on laetud või polaarsed; polaarse molekuli puhul on elektrilaeng jaotunud ebaühtlaselt. Fosfolipiidid moodustavad vette pandult ise kaksikkihi ja tulemus parandab end ise. Väga peen nõel võib läbida rakumembraani seda lõhkumata ning kui nõel välja tõmmata, voolab membraan uuesti kokku.

Kuidas see avastati

Teadlased tuvastasid rakumembraani 1890. aastatel ja leidsid 1915. aastal, et see koosneb peamiselt lipiididest ja valkudest. 1935. aastal pakkusid Hugh Davson ja James Danielli välja, et see on ehitatud nagu võileib, kus lipiidid on täidis ja valgud leib. 1950. aastatel näitasid transmissioonelektronmikroskoobid, et membraani tuum oli kaksikkiht, mitte üksik kiht.

1972. aastal pakkusid S. J. Singer ja Garth Nicolson välja vedela mosaiigi mudeli, mis seletab siiani kõige paremini, kuidas membraanid on ehitatud ja toimivad. Mudel kujutab membraani fosfolipiidide, kolesterooli, valkude ja süsivesikute mosaiigina, mille osad hõljuvad ja nihkuvad üksteise suhtes nagu lahtised plaadikesed.