How big is Dwuwarstwa fosfolipidów?

Dwuwarstwa fosfolipidowa to arkusz cząsteczek fosfolipidów ułożonych w dwie warstwy i podstawowa struktura niemal wszystkich błon komórkowych. Ma około 5 nanometrów grubości, mierzonej od zewnętrznego brzegu główek cząsteczek po jednej stronie do główek po drugiej. Nanometr to miliardowa część metra.

Rozmiar

Każdy fosfolipid ma główkę, która lgnie do wody, i dwa ogonki, które jej unikają. W dwuwarstwie główki zwrócone są ku wodzie po obu stronach, a ogonki spotykają się pośrodku i tworzą rdzeń odpychający wodę. Pomiary przeanalizowane w 2000 roku wskazały, że pełna grubość dwuwarstw zbudowanych z fosfatydylocholiny, częstego fosfolipidu, wynosi 4,4–4,7 nanometra w płynnej postaci spotykanej w żywych komórkach. W chłodniejszej, bardziej uporządkowanej postaci sięga 5,2 nanometra.

Rdzeń odpychający wodę stanowi 2,6–2,9 nanometra grubości płynnej dwuwarstwy. Prawdziwe błony komórkowe zawierają mieszaninę wielu rodzajów lipidów. Pomiary z użyciem promieni rentgenowskich, opublikowane w 2004 roku, wykazały odległość 3,6–4,3 nanometra między grupami fosforanowymi po obu stronach błon z komórek wątroby szczura, a główki sięgają nieco poza fosforany.

Błony są też wypełnione białkami, które pokrywają około połowy powierzchni błony, a wiele z nich wystaje poza błonę po obu stronach. Gdy wliczyć białka, grubość całej błony opisuje się często jako 5–10 nanometrów.

Porównania rozmiarów

Dwa fosfolipidy, każdy o długości około 2–2,5 nanometra, ułożone ogonkami do siebie, sięgają przez całą grubość dwuwarstwy.
Helisa alfa złożona z 20–25 aminokwasów, o długości 3–3,75 nanometra, jest wystarczająco długa, by przeciąć rdzeń odpychający wodę. Białka, które przechodzą przez błony, często robią to w ten sposób.
W 2026 roku cirkowirus świń jest jednym z najmniejszych znanych wirusów i jest około trzy i pół raza szerszy, niż gruba jest dwuwarstwa.
Około 20 000 dwuwarstw ułożonych jedna na drugiej miałoby grubość kartki papieru, czyli około 0,1 milimetra.
Gdyby dwuwarstwę powiększyć do grubości kartki papieru, ludzki włos miałby 1,6–2 metra szerokości.

Co robi dwuwarstwa

Dwuwarstwa oddziela wodę i rozpuszczone w niej substancje wewnątrz komórki od tych na zewnątrz. Jej rdzeń odpychający wodę jest barierą dla wody i dla substancji, których cząsteczki są naładowane lub polarne (w cząsteczce polarnej ładunek elektryczny jest rozłożony nierównomiernie). Fosfolipidy same tworzą dwuwarstwę, gdy znajdą się w wodzie, a powstała struktura sama się naprawia. Bardzo cienka igła może przejść przez błonę komórkową bez jej rozerwania, a po wyjęciu igły błona zlewa się z powrotem.

Jak ją odkryto

Naukowcy rozpoznali błonę komórkową w latach 90. XIX wieku, a w 1915 roku ustalili, że składa się głównie z lipidów i białek. W 1935 roku Hugh Davson i James Danielli zaproponowali, że jest zbudowana jak kanapka, w której lipidy są nadzieniem, a białka chlebem. W latach 50. XX wieku transmisyjne mikroskopy elektronowe pokazały, że rdzeń błony jest warstwą podwójną, a nie pojedynczą.

W 1972 roku S. J. Singer i Garth Nicolson zaproponowali model płynnej mozaiki, który do dziś najlepiej wyjaśnia, jak błony są zbudowane i jak działają. Przedstawia błonę jako mozaikę fosfolipidów, cholesterolu, białek i węglowodanów, które pływają i przesuwają się względem siebie jak luźne płytki.