How big is Fosfolipid?

En fosfolipid är den sorts fettliknande molekyl som cellmembran huvudsakligen byggs upp av. Den har ett huvud som dras till vatten och två svansar som undviker vatten. Från huvudets yttre kant till svansarnas spetsar är en fosfolipid ungefär 2,5 nanometer lång, och en nanometer är en miljarddel av en meter.

Storlek

Fosfolipidens huvud är en fosfatinnehållande grupp som sitter fäst vid en liten molekyl som kallas glycerol. De två svansarna är fettsyror, långa kedjor av kol- och väteatomer, vanligtvis 10–20 kolatomer långa. Varje kolatom förlänger svansen med ungefär 0,13 nanometer.

Den exakta längden beror på svansarna och hur de ligger. I ett levande membran är svansarna rörliga och böjer och slingrar sig. En referensbok i cellbiologi anger 2 nanometer från huvud till svans för en typisk fosfolipid.

Mätningar som granskades år 2000 visade att ett skikt av fosfatidylkolin, en vanlig fosfolipid, är ungefär 2,2–2,3 nanometer tjockt i flytande form, och 2,6 nanometer i en kallare, mer ordnad form med rakare svansar. Skiktet är en molekyl tjockt, så det är så långt en molekyl når från mitten av ett membran till membranets yta. Varje molekyl i ett flytande skikt tar upp ungefär 0,6–0,7 kvadratnanometer av ytan. Uppskattningar av längden sträcker sig därför från ungefär 2 till 2,6 nanometer.

Storleksjämförelser

• Två skikt av fosfolipider, svans mot svans, bildar ett fosfolipiddubbelskikt, arket som utgör kärnan i nästan alla cellmembran.
• En fosfolipid är ungefär dubbelt så lång som en alfahelix är bred. En alfahelix är en vanlig del av proteiner.
• Fosfolipiden är ungefär lika lång som DNA-dubbelhelixen är bred, vilket är 2 nanometer.
• Mellan ungefär 30 000 och 50 000 fosfolipider, lagda ände mot ände, skulle spänna över bredden av ett människohår, som är 80 000–100 000 nanometer brett.
• Ett enda skikt av fosfolipider som täcker en kvadratmillimeter skulle rymma ungefär 1,5 biljoner molekyler.

Hur fosfolipider bygger membran

Eftersom huvudena dras till vatten och svansarna inte gör det, ordnar sig fosfolipider i vatten med svansarna vända mot varandra och huvudena utåt. De bildar ett dubbelt skikt som skiljer vattnet på ena sidan från vattnet på den andra. När fosfolipider värms upp i vatten bildar de vanligtvis små sfärer av sig själva, med huvudena utanför och svansarna inuti.

Svansarnas form hjälper till att hålla membran flytande. En svans med bara enkelbindningar mellan kolatomerna är ganska rak. En dubbelbindning ger svansen en knick på ungefär 30 grader, och dessa knickar trycker isär närliggande molekyler. Det hindrar ett membran från att stelna i kylan.

Olja på en damm

Benjamin Franklin hällde högst en tesked olja på en damm nära London och såg den sprida sig över kanske en halv acre. Oljan bildade ett skikt som var en molekyl tjockt. Oljans molekyler liknar till sin natur dem som bildar vart och ett av skikten i ett cellmembran.

En tesked rymmer ungefär 5 kubikcentimeter, och en halv acre är ungefär 2 000 kvadratmeter, så skiktet var ungefär 2,5 nanometer tjockt. Agnes Pockels uppfann senare ett sätt att göra sådana enkelskikt i laboratoriet, vilket gjorde att forskare kunde fastställa molekylers storlek med precision.

Källor

• 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.