מה הגודל של שכבת פוספוליפידים כפולה?

שכבת פוספוליפידים כפולה היא יריעה של מולקולות פוספוליפיד בעומק שתי שכבות, והיא המבנה הבסיסי של כמעט כל קרומי התא. עוביה כ-5 ננומטרים, והוא נמדד מהקצה החיצוני של ראשי המולקולות בצד אחד ועד אלה שבצד השני. ננומטר הוא מיליארדית המטר.

גודל

לכל פוספוליפיד יש ראש שנמשך למים ושני זנבות שנרתעים מהם. בשכבה כפולה הראשים פונים אל המים משני הצדדים, והזנבות נפגשים באמצע ויוצרים ליבה דוחת מים. מדידות שנסקרו בשנת 2000 מצאו שהעובי המלא של שכבות כפולות העשויות פוספטידילכולין, פוספוליפיד נפוץ, הוא 4.4–4.7 ננומטרים בצורה הנזילה שנמצאת בתאים חיים. בצורה קרירה ומסודרת יותר העובי מגיע ל-5.2 ננומטרים.

הליבה דוחת המים מהווה 2.6–2.9 ננומטרים מעוביה של השכבה הכפולה הנזילה. קרומי תא אמיתיים מערבבים סוגים רבים של שומנים. מדידות בקרני רנטגן שפורסמו ב-2004 מצאו 3.6–4.3 ננומטרים בין קבוצות הפוספט משני צדי קרומים מתאי כבד של חולדה, והראשים מגיעים מעט מעבר לפוספטים.

הקרומים גם עמוסים בחלבונים, המכסים כמחצית משטחו של הקרום, וחלבונים רבים בולטים החוצה מהקרום בשני הצדדים. כשמביאים אותם בחשבון, הקרום כולו מתואר לעיתים קרובות כבעל עובי של 5–10 ננומטרים.

השוואות גודל

• שני פוספוליפידים, שאורכו של כל אחד מהם כ-2–2.5 ננומטרים, כשהם מונחים זנב אל זנב משתרעים על פני עובי השכבה הכפולה.
• סליל אלפא של 20–25 חומצות אמינו, שאורכו 3–3.75 ננומטרים, ארוך מספיק כדי לחצות את הליבה דוחת המים. חלבונים שעוברים דרך קרומים עושים זאת לעיתים קרובות בדרך הזאת.
• נגיף צירקו חזירי, אחד הנגיפים הקטנים ביותר הידועים נכון ל-2026, רחב בערך פי שלושה וחצי מעובי השכבה הכפולה.
• כ-20,000 שכבות כפולות, זו על גבי זו, היו עבות כמו דף נייר, כ-0.1 מילימטרים.
• אילו הוגדלה שכבה כפולה לעובי של דף נייר, שערת אדם הייתה רחבה 1.6–2 מטרים.

מה עושה השכבה הכפולה

השכבה הכפולה מפרידה בין המים והחומרים המומסים שבתוך התא לבין אלה שמחוצה לו. הליבה דוחת המים שלה היא מחסום למים ולחומרים שמולקולותיהם טעונות או קוטביות. במולקולה קוטבית המטען החשמלי מפוזר בצורה לא אחידה. פוספוליפידים יוצרים שכבה כפולה מעצמם כשמניחים אותם במים, והתוצאה מתקנת את עצמה. מחט דקה מאוד יכולה לעבור דרך קרום תא מבלי לפוצץ אותו, והקרום זורם בחזרה ונסגר כשהמחט נשלפת.

איך זה התגלה

מדענים זיהו את קרום התא בשנות ה-90 של המאה ה-19, וב-1915 גילו שהוא עשוי בעיקר משומנים וחלבונים. ב-1935 הציעו יו דוסון וג'יימס דניאלי שהקרום בנוי כמו כריך, כשהשומנים הם המילוי והחלבונים הם הלחם. בשנות ה-50 של המאה ה-20 הראו מיקרוסקופי אלקטרונים חודרים שליבת הקרום היא שכבה כפולה ולא שכבה בודדת.

ב-1972 הציעו ס' ג'יי סינגר וגארת' ניקולסון את מודל הפסיפס הנוזלי, שעדיין מסביר בצורה הטובה ביותר כיצד קרומים בנויים ופועלים. המודל מתאר קרום כפסיפס של פוספוליפידים, כולסטרול, חלבונים ופחמימות שצפים ומחליקים זה על פני זה כמו אריחים רופפים.

מקורות

• Structure of Lipid Bilayers. Nagle and Tristram-Nagle, Biochimica et Biophysica Acta, 2000.
• Modulation of the Bilayer Thickness of Exocytic Pathway Membranes by Membrane Proteins Rather Than Cholesterol. Mitra et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, 2004.
• What Is the Thickness of the Cell Membrane?. In Cell Biology by the Numbers. Milo and Phillips, Garland Science, 2015.
• Components and Structure. In Biology 2e, 2nd edition. OpenStax, 2018.
• α-helix. In Foundations of Protein Structure. EMBL-EBI Training.
• Conformational Changes and Nuclear Entry of Porcine Circovirus without Disassembly. Wang et al., Journal of Virology, 2019.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.