How big is Fosfolipid?

Un fosfolipid este tipul de moleculă asemănătoare grăsimilor din care sunt alcătuite în principal membranele celulare. Are un cap atras de apă și două cozi care evită apa. De la marginea exterioară a capului până la vârfurile cozilor, un fosfolipid are aproximativ 2,5 nanometri lungime, iar un nanometru este o miliardime de metru.

Dimensiune

Capul unui fosfolipid este o grupare care conține fosfat, atașată de o moleculă mică numită glicerol. Cele două cozi sunt acizi grași, lanțuri lungi de atomi de carbon și hidrogen, de obicei cu o lungime de 10–20 de atomi de carbon. Fiecare atom de carbon adaugă aproximativ 0,13 nanometri la lungimea cozii.

Lungimea exactă depinde de cozi și de felul în care sunt poziționate. Într-o membrană vie, cozile sunt fluide: se îndoaie și se mișcă. Un manual de referință de biologie celulară dă valoarea de 2 nanometri de la cap la coadă pentru un fosfolipid tipic.

Măsurători analizate în 2000 au constatat că un strat de fosfatidilcolină, un fosfolipid frecvent, are o grosime de aproximativ 2,2–2,3 nanometri în stare fluidă și de 2,6 nanometri într-o formă mai rece, ordonată, cu cozi mai drepte. Stratul are grosimea unei singure molecule, deci aceasta este distanța la care ajunge o moleculă de la mijlocul unei membrane până la suprafața ei. Fiecare moleculă dintr-un strat fluid ocupă aproximativ 0,6–0,7 nanometri pătrați din suprafață. Estimările lungimii variază, așadar, de la aproximativ 2 la 2,6 nanometri.

Comparații de dimensiune

• Două straturi de fosfolipide, coadă la coadă, alcătuiesc un bistrat fosfolipidic, foaia aflată în miezul aproape tuturor membranelor celulare.
• Un fosfolipid este de aproximativ două ori mai lung decât este lat un alfa-helix. Un alfa-helix este o componentă frecventă a proteinelor.
• Un fosfolipid are aproximativ aceeași lungime cu lățimea dublei helice de ADN, adică 2 nanometri.
• Între aproximativ 30.000 și 50.000 de fosfolipide puse cap la cap ar acoperi grosimea unui fir de păr uman, care are 80.000–100.000 de nanometri grosime.
• Un singur strat de fosfolipide care acoperă un milimetru pătrat ar conține aproximativ 1.500 de miliarde de molecule.

Cum construiesc fosfolipidele membranele

Deoarece capetele lor sunt atrase de apă, iar cozile nu sunt, fosfolipidele din apă se aranjează cu cozile îndreptate unele spre altele și cu capetele spre exterior. Ele formează un strat dublu care separă apa de o parte de apa de cealaltă parte. Încălzite în apă, fosfolipidele formează de obicei de la sine sfere minuscule, cu capetele în exterior și cozile în interior.

Forma cozilor ajută la menținerea fluidității membranelor. O coadă cu doar legături simple între atomii de carbon este destul de dreaptă. O legătură dublă introduce în coadă o îndoire de aproximativ 30 de grade, iar aceste îndoituri îndepărtează moleculele vecine una de alta. Astfel, o membrană nu se întărește la frig.

Ulei pe un iaz

Benjamin Franklin a turnat cel mult o linguriță de ulei pe un iaz de lângă Londra și a urmărit cum se întinde pe o suprafață de poate jumătate de acru. Uleiul a format un strat gros de o moleculă. Moleculele uleiului sunt asemănătoare ca natură cu cele care alcătuiesc fiecare strat al unei membrane celulare.

O linguriță conține aproximativ 5 centimetri cubi, iar jumătate de acru înseamnă aproximativ 2.000 de metri pătrați, deci stratul avea o grosime de aproximativ 2,5 nanometri. Agnes Pockels a inventat ulterior o metodă de a obține astfel de straturi groase de o singură moleculă în laborator, ceea ce a permis oamenilor de știință să stabilească cu precizie dimensiunea moleculelor.

Surse

• 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.