Lapisan ganda lipid adalah membran tipis, bimolekuler, laminar dari lipid amfipatik, yaitu mengandung bagian hidrofobik dan bagian hidrofilik lainnya. Ini memiliki permeabilitas yang sangat rendah untuk ion, serta untuk sebagian besar molekul yang larut dalam air, namun sangat permeabel terhadap air.
Dalam larutan berair, lipid polar, seperti fosfogliserida, bergabung untuk membentuk berbagai jenis agregat, yang disebut misel, lapisan tunggal lipid dan lapisan ganda. Dalam struktur ini, kepala lipid polar, yang hidrofilik, diarahkan secara eksternal untuk bersentuhan dengan air, sedangkan ekor (hidrofobik) semuanya diatur di ujung yang berlawanan.
Diagram kemungkinan susunan lipid di tepi pori melalui lapisan ganda lipid. Diambil dan diedit dari: MDougM [Domain publik].
Makhluk hidup memiliki membran sel yang terutama terdiri dari fosfolipid dan glikolipid, membentuk lapisan ganda lipid. Bilayer ini merupakan penghalang permeabilitas yang memungkinkan untuk mengatur kandungan internal garam dan elektrolit sel. Untuk mencapai hal ini, mereka memiliki struktur yang disebut pompa ion.
Ilmuwan pertama yang mengusulkan caral lipid bilayer untuk membran sel adalah Drs Evert Gorter dan F. Grendel (1925), dari Universitas Leiden, Belanda, caral yang dikonfirmasi pada tahun 1950 oleh studi mikroskop elektron.
Ada berbagai penggunaan lipid bilayers saat ini dan potensial, tetapi sampai saat ini, yang paling sukses secara komersial adalah penggunaan vesikel buatan (liposom) dalam pengobatan, untuk pemberian obat kepada pasien kanker.
Indeks artikel
Karakteristik
Bilayer lipid adalah struktur laminar yang sangat tipis dan rapuh yang menyajikan beberapa karakteristik penting secara biologis seperti:
Permeabilitas
Salah satu karakteristik utama lapisan ganda lipid adalah permeabilitas selektifnya. Memang, membran ini sangat tahan terhadap ion dan sebagian besar molekul polar, dengan pengecualian penting air, karena dapat dengan mudah melewati membran.
Contoh permeabilitas selektif ini adalah natrium dan kalium, yang ionnya melintasi membran lebih dari satu juta kali lebih lambat daripada air. Di sisi lain, indol, senyawa organik heterosiklik, melintasi membran dengan kecepatan seribu kali lebih tinggi daripada triptofan, molekul lain yang secara struktural mirip dengan ini.
Bahkan sebelum sifat ganda membran diketahui, ilmuwan Charles Overton menunjukkan (1901) bahwa koefisien permeabilitas molekul kecil berhubungan langsung dengan kelarutan relatif yang mereka hadirkan dalam pelarut organik dan dalam air.
Asimetri
Setiap lapisan yang membentuk membran secara struktural dan fungsional berbeda satu sama lain. Contoh fungsional dari asimetri ini adalah pompa natrium-kalium. Pompa ini terdapat dalam membran plasma sebagian besar sel organisme tingkat tinggi.
Pompa Na + – K + diorientasikan sedemikian rupa sehingga mengeluarkan Na + dari bagian dalam sel, sementara itu memasukkan ion K + . Selain itu, media transpor ini membutuhkan energi dalam bentuk ATP untuk pengaktifannya dan hanya dapat digunakan jika berada di dalam sel.
Komponen setiap lapisan juga berbeda, protein membran disintesis dan dimasukkan secara asimetris ke dalam lapisan ganda, seperti lipid, tetapi yang terakhir, tidak seperti protein, tidak menunjukkan asimetri absolut, kecuali glikolipid.
Dalam kasus eritrosit, misalnya, sphingomyelins dan phosphatidylcholines terletak di lapisan luar membran, sedangkan phosphatidylethanolamine dan phosphatidylserine diposisikan secara internal. Kolesterol adalah konstituen, bagaimanapun, dari kedua lapisan.
Salah satu penyebab asimetri dalam distribusi fosfolipid adalah sebagian besar konstituen ini disintesis di dalam sel dan oleh karena itu pada awalnya termasuk dalam lapisan dalam, dan dari sana beberapa di antaranya akan bermigrasi ke lapisan luar dengan bantuan enzim. disebut flipase.
Kelancaran
Lapisan ganda lipid bukanlah struktur yang kaku, tetapi sebaliknya, mereka adalah struktur yang cair dan dinamis, di mana lipid dan banyak protein terus-menerus bergerak ke samping.
Lipid berdifusi secara lateral ke dalam membran dengan kecepatan rata-rata 2 m per detik. Perpindahan lateral protein dalam lapisan ganda, di sisi lain, dapat bervariasi tergantung pada jenis protein; sementara beberapa secepat lipid, yang lain tetap praktis tidak bergerak.
Difusi transversal, juga disebut flip-flop, di sisi lain, jauh lebih lambat untuk lipid, dan tidak pernah diamati pada protein.
Di sisi lain, fluiditas membran dapat bervariasi tergantung pada urutan relatif asam lemak lipid. Ketika semua asam lemak dipesan, lapisan ganda berada dalam keadaan kaku, sedangkan dalam keadaan cair mereka relatif tidak teratur.
Perubahan ini mungkin disebabkan oleh variasi suhu; transisi dari keadaan padat ke keadaan cair terjadi tiba-tiba ketika suhu melebihi ambang batas yang dikenal sebagai suhu leleh, yang tergantung pada panjang rantai asam lemak, serta tingkat ketidakjenuhannya.
Lipid penyusun membran memiliki sifat yang berbeda dan oleh karena itu dapat memiliki suhu leleh yang berbeda. Karena itu, pada suhu yang berbeda fase padat dan cair dapat hidup berdampingan dalam lapisan ganda yang sama.
Fitur lainnya
Lipid bilayers, berkat interaksi kovalen dan gaya van der Waals yang menarik, memiliki kecenderungan untuk menjadi luas, serta menutup diri sehingga tidak ada ujung yang terbuka. Kemampuannya untuk memperbaiki diri juga merupakan karakteristik, karena kurangnya kontinuitas tidak menguntungkan strukturnya secara energetik.
Struktur
Ada caral yang berbeda untuk menjelaskan struktur lapisan ganda lipid:
Model Davson dan Danielli
Diusulkan pada tahun 1935, dan mempertahankan bahwa membran mengandung fase hidrokarbon kontinu, disumbangkan oleh lipid yang membentuk membran.
Model membran sel Davson dan Danielli. Diambil dan diedit dari: miguelferig [Domain publik].
Model membran unit
Dibuat oleh JD Robertson, hipotesis ini merupakan modifikasi dari caral Davson dan Danielli. Dia mendalilkan bahwa membran unit terdiri dari lapisan ganda lipid polar campuran.
Lipid ini berorientasi dengan rantai hidrokarbon ke dalam, membentuk lapisan hidrokarbon terus menerus, sedangkan kepala hidrofilik menunjuk ke arah yang berlawanan.
Selain itu, membran kesatuan ini ditutupi di kedua sisi oleh satu lapisan molekul protein yang disusun secara memanjang.
caral bola
Juga dikenal sebagai caral subunit. Menurut caral ini, membran akan dibentuk oleh mosaik subunit lipoprotein berulang antara 4,0 dan 9,0 nm.
Pola mosaik cair
Ini diusulkan oleh SJ Singer dan GL Nicholson pada tahun 1972 dan merupakan caral yang paling banyak diterima. Menurutnya, fosfolipid membran disusun dalam lapisan ganda, membentuk matriks kristal cair.
Menurut caral ini, molekul lipid individu dapat dengan bebas bergerak ke lateral, yang akan menjelaskan fleksibilitas, fluiditas, hambatan listrik dan permeabilitas selektif yang ada pada membran ini.
Protein yang merupakan bagian dari bilayer, menurut caral, harus berbentuk bulat. Selain itu, beberapa protein akan tertanam sebagian di bilayer, sementara yang lain akan sepenuhnya tertanam di dalamnya.
Tingkat penetrasi protein globular ke dalam bilayer akan ditentukan oleh urutan asam aminonya, serta oleh adanya gugus R nonpolar pada permukaan asam amino ini.
Komposisi
Bilayers alami terutama terdiri dari fosfolipid. Ini adalah senyawa yang berasal dari gliserol yang ditandai dengan memiliki kepala hidrofilik dan dua ekor hidrofobik.
Ketika fosfolipid bersentuhan dengan air, mereka dapat mengatur dengan cara yang berbeda. Bentuk yang paling stabil adalah sebagai bilayer dengan ekor menghadap ke dalam dan kepala menghadap ke luar bilayer.
Glikolipid juga merupakan bagian dari lapisan ganda lipid. Senyawa ini, seperti namanya, adalah lipid yang terkait dengan gula, yang diturunkan dalam kasus hewan dari senyawa yang dikenal sebagai sphingocin.
Konstituen penting lain dari membran adalah kolesterol, lipid yang tidak dapat disabunkan. Ini hadir di lapisan dalam dan luar bilayer. Ini lebih berlimpah di membran plasma daripada di membran organel.
Membran juga terkait dengan berbagai jenis protein, yang dapat terdiri dari dua jenis, ekstrinsik atau intrinsik. Protein ekstrinsik atau perifer terikat secara longgar pada membran dan dapat dengan mudah dipisahkan darinya.
Protein intrinsik atau integral sangat terkait dengan bilayer dan tidak mudah terlepas darinya. Mereka mewakili sekitar 70% dari protein membran. Beberapa dari mereka berfungsi sebagai reseptor untuk sinyal dari luar sel dan transmisi mereka ke interior.
Protein lain dikaitkan dengan fusi dua lapisan ganda yang berbeda. Diantaranya adalah yang memungkinkan penyatuan sperma dengan sel telur selama pembuahan; juga mereka yang memungkinkan virus untuk menembus sel inang.
Selain itu, pompa ion adalah protein integral yang melintasi bilayer yang memungkinkan pertukaran ion antara interior dan eksterior sel, melalui bilayer lipid, melawan gradien.
Fitur
Fungsi biologis utama dari lipid bilayer adalah pemisahan kompartemen berair dengan komposisi yang berbeda, seperti memisahkan protoplasma seluler dari lingkungannya. Tanpa batasan fisik antar kompartemen ini, kehidupan seperti yang kita ketahui tidak mungkin terjadi.
Fungsi ini sangat penting sehingga hampir semua makhluk hidup memiliki membran yang terdiri dari lapisan ganda lipid. Pengecualian diwakili oleh beberapa spesies archaea, di mana membrannya adalah lipid monolayer.
Lipid bilayers berpartisipasi dalam transmisi impuls saraf interneuronal. Neuron tidak secara fisik melekat satu sama lain, tetapi dipisahkan oleh ruang pendek yang disebut sinapsis . Vesikel bermuatan neurotransmiter mengintervensi untuk menjembatani ruang interneuronal ini.
Fungsi lain dari lapisan ganda adalah untuk melayani sebagai dasar struktural atau kerangka pendukung, di mana beberapa sistem transportasi serta beberapa enzim telah melekat kuat.
Organel dengan lipid bilayer
Pada prokariota, lapisan ganda lipid hanya ada di membran sel, sedangkan pada Eukariota ada organel atau organel yang berbeda yang mungkin memiliki satu atau dua lapisan ganda lipid.
-Organel dengan dua lapisan ganda lipid
Inti
Organel seluler hadir dalam sel eukariotik dan mengandung sebagian besar materi genetik yang diatur dalam kromosom.
Membran inti terdiri dari dua lapisan ganda lipid yang dipisahkan oleh ruang yang disebut perinuklear. Kedua lapisan disebut membran inti luar dan dalam dan dibedakan berdasarkan komposisi proteinnya.
Mitokondria
Organel yang bertanggung jawab atas respirasi seluler , suatu proses di mana energi yang diperlukan untuk aktivitas seluler disuplai. Memiliki membran ganda, bagian luar halus dan bagian dalam terlipat, membentuk laminer atau kapur seperti jari.
Fungsi lipatan tersebut adalah untuk meningkatkan luas permukaan bagian dalam, yang merupakan tempat terjadinya reaksi metabolisme.
Mitokondria. Diambil dan diedit dari: LadyofHats [CC0].
Kloroplas
Organel terdapat pada tumbuhan tingkat tinggi dan organisme eukariotik fotoautotrof lainnya. Ini memiliki dua lapisan ganda lipid konsentris yang dipisahkan oleh ruang antar membran. Lapisan luar lebih berpori daripada bagian dalam karena adanya protein yang disebut porin.
-Organel dengan lapisan ganda lipid
Selain membran plasma, yang telah dibahas secara luas dalam artikel ini, organel lain, seperti retikulum endoplasma, aparatus Golgi, dan lisosom, memiliki lapisan ganda lipid tunggal.
Retikulum Endoplasma (RE)
Kompleks membran sitoplasma yang terkait (RE kasar) atau tidak (ER halus) dengan ribosom , dan yang berpartisipasi dalam sintesis lipid dan fosfolipid (ER halus) atau peptida dan protein (ER kasar), berkat ribosom yang menempel pada dindingnya.
aparatus golgi
Kompleks membran berdinding halus yang terlibat dalam penyimpanan, modifikasi, dan pengemasan zat protein.
Lisosom
Organel vesikular yang mengandung enzim yang terlibat dalam degradasi bahan asing. Mereka juga menurunkan komponen seluler yang tidak perlu dan bahkan sel yang rusak atau mati.
Kegunaan
Kegunaan utama lipid bilayers adalah di bidang kedokteran. Liposom adalah struktur vesikular yang dibatasi oleh lapisan ganda lipid. Mereka secara artifisial dibentuk oleh osilasi sonik suspensi fosfogliserida berair.
Jika ion atau molekul termasuk dalam suspensi berair, maka beberapa unsur ini akan terkandung di dalam liposom. Berdasarkan prinsip-prinsip ini, obat-obatan telah dienkapsulasi dalam larutan di dalam liposom.
Liposom yang mengandung obat disuntikkan ke pasien. Begitu masuk mereka melakukan perjalanan melalui sistem darah, sampai mereka mencapai tempat target. Di tempat tujuan mereka memecahkan dan melepaskan isinya.
Penggunaan lipid bilayer sebagai biosensor untuk diagnosis penyakit juga telah diuji; serta untuk kemungkinan deteksi senjata biologis. Terakhir, telah berhasil diuji permeabilitas obat.
Referensi
- OS Andersen, II Koeppe, E. Roger (2007). Ketebalan Bilayer dan Fungsi Protein Membran: Perspektif Energik. Tinjauan Tahunan Biofisika dan Struktur Biomolekuler.
- Lapisan ganda lipid. Di Ecured. Dipulihkan dari ecured.com.
- Lapisan ganda lipid. Di Wikipedia. Dipulihkan dari wikipedia.org.
- A. Lehninger (1978). Biokimia. Ediciones Omega, SA
- L. Stryer (1995). Biokimia. WH Freeman and Company, New York.
- RB Gennis (1989). Biomembran. Springer-Verlag.
- MS Bretscher (1972). Struktur Bilayer Lipid Asimetris untuk Membran Biologis. Alam Biologi Baru.
