How big is Fosfolipide?

Een fosfolipide is een vetachtig molecuul waaruit celmembranen hoofdzakelijk zijn opgebouwd. Zo'n molecuul heeft een kop die door water wordt aangetrokken en twee staarten die water mijden. Van de buitenrand van de kop tot de uiteinden van de staarten is één fosfolipide ongeveer 2,5 nanometer lang, en een nanometer is een miljardste van een meter.

Grootte

De kop van een fosfolipide is een groep met fosfaat die vastzit aan een klein molecuul dat glycerol heet. De twee staarten zijn vetzuren, lange ketens van koolstof- en waterstofatomen, meestal 10–20 koolstofatomen lang. Elk koolstofatoom maakt een staart ongeveer 0,13 nanometer langer.

De precieze lengte hangt af van de staarten en van hoe ze liggen. In een levend membraan zijn de staarten vloeibaar: ze buigen en kronkelen. Een naslagwerk over celbiologie geeft voor een typisch fosfolipide 2 nanometer van kop tot staart.

Metingen die in 2000 werden besproken, lieten zien dat een laag fosfatidylcholine, een veelvoorkomend fosfolipide, ongeveer 2,2–2,3 nanometer dik is als ze vloeibaar is, en 2,6 nanometer in een koudere, geordende vorm met rechtere staarten. De laag is één molecuul dik, dus zo ver reikt één molecuul van het midden van een membraan tot aan het oppervlak. Elk molecuul in een vloeibare laag neemt ongeveer 0,6–0,7 vierkante nanometer van het oppervlak in. Schattingen van de lengte lopen daarom uiteen van ongeveer 2 tot 2,6 nanometer.

Groottevergelijkingen

• Twee lagen fosfolipiden, staart aan staart, vormen een fosfolipidendubbellaag, het vlies in het hart van bijna alle celmembranen.
• Een fosfolipide is ongeveer twee keer zo lang als een alfa-helix breed is. Een alfa-helix is een veelvoorkomend onderdeel van eiwitten.
• Een fosfolipide is ongeveer even lang als de dubbele helix van DNA breed is, en dat is 2 nanometer.
• Tussen ongeveer 30.000 en 50.000 fosfolipiden, achter elkaar gelegd, zouden de breedte van een mensenhaar beslaan, dat 80.000–100.000 nanometer breed is.
• Een enkele laag fosfolipiden die één vierkante millimeter bedekt, zou ongeveer 1,5 biljoen moleculen bevatten.

Hoe fosfolipiden membranen vormen

Omdat hun koppen door water worden aangetrokken en hun staarten niet, rangschikken fosfolipiden zich in water zo dat hun staarten naar elkaar wijzen en hun koppen naar buiten. Ze vormen een dubbele laag die het water aan de ene kant scheidt van het water aan de andere kant. Worden fosfolipiden in water verwarmd, dan vormen ze meestal vanzelf piepkleine bolletjes, met de koppen aan de buitenkant en de staarten aan de binnenkant.

De vorm van de staarten helpt membranen vloeibaar te houden. Een staart met alleen enkele bindingen tussen de koolstofatomen is vrij recht. Een dubbele binding brengt een knik van ongeveer 30 graden in de staart aan, en zulke knikken duwen naburige moleculen uit elkaar. Zo verstijft een membraan niet in de kou.

Olie op een vijver

Benjamin Franklin goot niet meer dan een theelepel olie op een vijver bij Londen en zag hoe die zich over misschien een halve acre uitspreidde. De olie vormde een laag van één molecuul dik. De moleculen ervan lijken qua aard op die waaruit elke laag van een celmembraan bestaat.

Een theelepel bevat ongeveer 5 kubieke centimeter, en een halve acre is ongeveer 2.000 vierkante meter, dus de laag was ongeveer 2,5 nanometer dik. Agnes Pockels vond later een manier uit om zulke lagen van één molecuul dik in het laboratorium te maken, waardoor wetenschappers de grootte van moleculen nauwkeurig konden vaststellen.

Bronnen

• 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.