How big is Fosfolipid?

Fosfolipid, hücre zarlarının esas olarak kendisinden yapıldığı, yağa benzer bir molekül türüdür. Suya çekilen bir başı ve sudan kaçınan iki kuyruğu vardır. Başının dış kenarından kuyruklarının uçlarına kadar bir fosfolipid yaklaşık 2,5 nanometre uzunluğundadır; bir nanometre, bir metrenin milyarda biridir.

Boyut

Fosfolipidin başı, gliserol denen küçük bir moleküle bağlı, fosfat içeren bir gruptur. İki kuyruğu yağ asitleridir; bunlar karbon ve hidrojen atomlarından oluşan uzun zincirlerdir ve genellikle 10–20 karbon atomu uzunluğundadır. Her karbon, kuyruğun uzunluğuna yaklaşık 0,13 nanometre ekler.

Kesin uzunluk, kuyruklara ve kuyrukların nasıl durduğuna bağlıdır. Canlı bir zarda kuyruklar akışkandır; bükülür ve kıvrılır. Hücre biyolojisine dair bir başvuru kitabı, tipik bir fosfolipid için baştan kuyruğa 2 nanometre değerini verir.

2000’de gözden geçirilen ölçümler, yaygın bir fosfolipid olan fosfatidilkolinden oluşan bir tabakanın akışkan halde yaklaşık 2,2–2,3 nanometre, kuyrukları daha düz olan daha soğuk ve düzenli bir halde ise 2,6 nanometre kalınlığında olduğunu buldu. Tabaka tek molekül derinliğinde olduğu için bu değer, tek bir molekülün zarın ortasından yüzeyine kadar uzandığı mesafedir. Akışkan bir tabakadaki her molekül, yüzeyin yaklaşık 0,6–0,7 nanometrekaresini kaplar. Bu nedenle uzunluk için yapılan tahminler yaklaşık 2 ile 2,6 nanometre arasında değişir.

Boyut karşılaştırmaları

• Kuyruk kuyruğa duran iki fosfolipid katmanı, hemen hemen tüm hücre zarlarının merkezindeki levha olan bir fosfolipid çift katmanı oluşturur.
• Bir fosfolipid, bir alfa sarmalının genişliğinin yaklaşık iki katı uzunluğundadır. Alfa sarmalı, proteinlerin yaygın bir parçasıdır.
• Bir fosfolipidin uzunluğu, 2 nanometre olan DNA çift sarmalının genişliğiyle yaklaşık aynıdır.
• Uç uca dizilen yaklaşık 30.000 ile 50.000 arasında fosfolipid, bir insan saçının kalınlığını baştan başa kaplardı; saçın kalınlığı 80.000–100.000 nanometredir.
• Bir milimetrekarelik alanı kaplayan tek bir fosfolipid katmanı yaklaşık 1,5 trilyon molekül içerirdi.

Fosfolipidlerin zarları oluşturması

Fosfolipidlerin başları suya çekildiği, kuyrukları ise çekilmediği için, suyun içindeki fosfolipidler kuyrukları birbirine, başları dışa dönük olacak biçimde dizilir. Bir taraftaki suyu öbür taraftaki sudan ayıran çift katmanlı bir yapı oluştururlar. Suda ısıtılan fosfolipidler genellikle kendiliğinden, başları dışta ve kuyrukları içte olan küçük küreler oluşturur.

Kuyrukların biçimi, zarların akışkan kalmasına yardım eder. Karbon atomları arasında yalnızca tek bağ bulunan bir kuyruk oldukça düzdür. Çift bağ, kuyruğa yaklaşık 30 derecelik bir kıvrım verir ve bu kıvrımlar komşu molekülleri birbirinden uzaklaştırır. Böylece zar soğukta katılaşmaz.

Gölette yağ

Benjamin Franklin, Londra yakınlarındaki bir gölete bir çay kaşığından fazla olmayan miktarda yağ döktü ve yağın belki yarım akrlık bir alana yayılışını izledi. Yağ, bir molekül kalınlığında bir tabaka oluşturdu. Yağın molekülleri, bir hücre zarının her katmanını oluşturan moleküllere özellik bakımından benzer.

Bir çay kaşığı yaklaşık 5 santimetreküp alır ve yarım akr yaklaşık 2.000 metrekaredir; bu yüzden tabaka kabaca 2,5 nanometre kalınlığındaydı. Agnes Pockels daha sonra laboratuvarda bu tür tek katmanlar elde etmenin bir yolunu geliştirdi; bu da bilim insanlarının moleküllerin boyutunu kesin biçimde belirlemesini sağladı.

Kaynaklar

• 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.