LIPID BILAYER: MGA KATANGIAN, ISTRAKTURA, PAG-ANDAR - BIOLOGY - 2025

Ang lipid bilayer ay isang manipis, bimolecular, laminar lamad ng amphipathic lipids, iyon ay, naglalaman sila ng isang hydrophobic na bahagi at isa pang hydrophilic na bahagi. Ito ay may isang napakababang pagkamatagusin para sa mga ions, pati na rin para sa karamihan ng mga molekula na natutunaw sa tubig, gayunpaman ito ay lubos na natatagusan ng tubig.

Sa may tubig na solusyon, ang mga polar lipid, tulad ng phosphoglycerides, ay nauugnay upang mabuo ang iba't ibang uri ng mga pinagsama-sama, na tinatawag na mga micelles, lipid monolayers at bilayers. Sa mga istrukturang ito, ang mga ulo ng polar lipid, na kung saan ay hydrophilic, ay itinuro sa panlabas na makipag-ugnay sa tubig, habang ang mga buntot (hydrophobic) ay nakaayos lahat sa kabaligtaran.

Diagram ng mga posibleng pag-aayos ng lipid sa gilid ng isang butas sa pamamagitan ng isang lipid bilayer. Kinuha at na-edit mula sa: MDougM.

Ang mga nabubuhay na tao ay may mga cell lamad na binubuo pangunahin ng mga phospholipid at glycolipids, na bumubuo ng isang lipid bilayer. Ang bilayer na ito ay bumubuo ng isang permeability barrier na nagbibigay-daan sa pag-regulate ng panloob na nilalaman ng mga asing-gamot at electrolyte ng cell. Upang makamit ito, mayroon silang mga istruktura na tinatawag na mga bomba ng ion.

Ang mga unang siyentipiko na nagmungkahi ng modelo ng lipid bilayer para sa mga membran ng cell ay sina Drs Evert Gorter at F. Grendel (1925), mula sa Leiden University, Holland, isang modelo na napatunayan noong 1950 sa pamamagitan ng mga pag-aaral ng mikroskopya.

Mayroong ilang mga kasalukuyang at potensyal na paggamit ng lipid bilayers, ngunit hanggang sa kasalukuyan, ang pinakamatagumpay na pagsasalita ay ang paggamit ng mga artipisyal na vesicle (liposome) sa gamot, para sa pangangasiwa ng mga gamot sa mga pasyente ng kanser.

katangian

Ang mga labi ng lipid ay napaka manipis at marupok na mga istruktura ng lamellar na nagpapakita ng ilang mga mahahalagang katangian ng biologically tulad ng:

Katumpakan

Ang isa sa mga pangunahing katangian ng lipid bilayer ay ang pumipili ng pagkamatagusin. Sa katunayan, ang mga lamad na ito ay napaka kawalang-kilos sa mga ions at karamihan sa mga polar molekula, na may tubig na isang mahalagang pagbubukod, dahil madali itong dumaan sa lamad.

Ang isang halimbawa ng napiling permeabilidad na ito ay sodium at potassium, na ang mga ion ay tumatawid sa lamad ng higit sa isang milyong beses na mas mabagal kaysa sa tubig. Sa kabilang banda, ang indole, isang heterocyclic organic compound, ay tumatawid sa lamad ng isang libong beses na mas mataas kaysa sa tryptophan, isa pang molekula na katulad nito sa istruktura.

Kahit na bago malaman ang dobleng kalikasan ng lamad, itinuro ng siyentipiko na si Charles Overton (1901) na ang mga coefficient ng permeabilidad ng maliliit na molekula ay direktang nauugnay sa kamag-anak na solubility na kanilang naroroon sa mga organikong solvent at sa tubig.

Asymmetry

Ang bawat isa sa mga layer na bumubuo ng lamad ay istruktura at may function na naiiba sa iba pa. Ang isang functional na halimbawa ng kawalaan ng simetrya na ito ay ang sodium-potassium pump. Ang pump na ito ay naroroon sa plasma lamad ng karamihan ng mga cell ng mas mataas na mga organismo.

Ang pump na Na ⁺ - K ⁺ ay nakatuon sa paraang pinatalsik ang Na ⁺ mula sa loob ng cell, habang ipinapakilala ang mga K ⁺ ion . Bilang karagdagan, ang transport medium na ito ay nangangailangan ng enerhiya sa anyo ng ATP para sa pag-activate nito at maaari lamang magamit kung ito ay nasa loob ng cell.

Ang mga sangkap ng bawat layer ay magkakaiba din, ang mga protina ng lamad ay synthesized at ipinasok asymmetrically sa bilayer, tulad ng mga lipid, ngunit ang huli, hindi katulad ng mga protina, ay hindi nagpapakita ng isang ganap na kawalaan ng simetrya, na may pagbubukod ng glycolipids.

Sa kaso ng mga erythrocytes, halimbawa, ang sphingomyelins at phosphatidylcholines ay matatagpuan sa panlabas na layer ng lamad, habang ang phosphatidylethanolamine at phosphatidylserines ay panloob na nakaposisyon. Ang kolesterol ay isang nasasakupan, gayunpaman, ng parehong mga layer.

Ang isa sa mga sanhi ng kawalaan ng simetrya sa pamamahagi ng mga phospholipids ay na ang karamihan sa mga nasasakupang ito ay synthesized sa loob ng cell at samakatuwid ay una ay kasama sa panloob na layer, at mula doon ang ilan sa kanila ay lumilipat sa panlabas na layer na ang tulong ng mga enzyme na tinatawag na flipases.

Kahusayan

Ang mga lipid ng lipid ay hindi mahigpit na mga istruktura, ngunit sa halip, ang mga ito ay likido at mga dynamic na istruktura, kung saan ang mga lipid at maraming mga protina ay patuloy na lumilipas sa paglaon.

Ang mga lipid ay nagkakalat sa lamad sa isang average na rate ng 2 µm bawat segundo. Ang pag-ilid ng pag-iwas ng mga protina sa mga bilayer, sa kabilang banda, ay maaaring magkakaiba depende sa uri ng protina; habang ang ilan ay kasing bilis ng lipid, ang iba ay nananatiling hindi kumikilos.

Ang transverse pagsasabog, na tinatawag ding flip-flop, sa kabilang banda, ay mas mabagal para sa mga lipid, at hindi kailanman napansin sa mga protina.

Sa kabilang banda, ang likido ng lamad ay maaaring mag-iba depende sa kamag-anak na pag-order ng mga fatty acid ng lipids. Kapag inutusan ang lahat ng mga fatty acid, ang bilayer ay nasa isang matibay na estado, habang sa estado ng likido sila ay medyo nagkakagambala.

Ang mga pagbabagong ito ay maaaring sanhi ng mga pagkakaiba-iba sa temperatura; ang paglipat mula sa solidong estado hanggang sa fluid ng estado ay nangyayari nang biglang kapag ang temperatura ay lumampas sa isang threshold na kilala bilang temperatura ng pagtunaw, na nakasalalay sa haba ng mga chain ng fatty acid, pati na rin ang kanilang antas ng unsaturation.

Ang mga bumubuo ng lipid ng lamad ay may iba't ibang kalikasan at, samakatuwid, ay maaaring magkaroon ng iba't ibang temperatura ng pagtunaw. Dahil dito, sa iba't ibang mga temperatura solid at likido na mga phase ay maaaring magkakasabay sa parehong bilayer.

Iba pang mga tampok

Ang mga bilayer ng lipid, salamat sa mga pakikipag-ugnay sa covalent at kaakit-akit na puwersa ng van der Waals, ay may tendensya na maging malawak, pati na rin upang isara sa kanilang sarili upang walang mga nakalantad na pagtatapos. Ang kakayahang mag-ayos sa sarili ay katangian din, dahil ang isang kakulangan ng pagpapatuloy ay hindi masiglang pinapaboran sa istruktura nito.

Istraktura

Mayroong iba't ibang mga modelo upang ipaliwanag ang istraktura ng lipid bilayer:

Modelo ng Davson at Danielli

Iminungkahi ito noong 1935, at pinapanatili na ang mga lamad ay naglalaman ng isang tuluy-tuloy na hydrocarbon phase, na naambag ng mga lipid na bumubuo sa lamad.

Ang modelong lamad ng Davson at Danielli cell. Kinuha at na-edit mula sa: miguelferig.

Modelo ng lamad ng yunit

Erected by JD Robertson, ang hypothesis na ito ay isang pagbabago ng modelo ng Davson at Danielli. Nag-post siya na ang yunit ng lamad ay binubuo ng isang dobleng layer ng magkahalong polar lipid.

Ang mga lipid na ito ay nakatuon sa mga kadena ng hydrocarbon papasok, na bumubuo ng isang tuluy-tuloy na hydrocarbon layer, habang ang mga ulo ng hydrophilic ay itinuro sa kabaligtaran ng direksyon.

Bilang karagdagan, ang unitaryong lamad na ito ay natakpan sa magkabilang panig ng isang solong layer ng mga molekulang protina na inayos sa isang pinahabang paraan.

Globular na modelo

Kilala rin bilang subunit modelo. Ayon sa modelong ito, ang mga lamad ay bubuo ng isang mosaic ng mga paulit-ulit na subunit ng lipoprotein sa pagitan ng 4.0 at 9.0 nm.

Fluid mosaic pattern

Ito ay iminungkahi ni SJ Singer at GL Nicholson noong 1972 at ito ang pinaka tinanggap na modelo. Ayon dito, ang mga phospholipid ng lamad ay nakaayos sa dobleng layer, na bumubuo ng isang matris ng mga likidong kristal.

Ayon sa modelong ito, ang mga indibidwal na molekula ng lipid ay maaaring malayang gumalaw sa paglaon, na ipaliwanag ang kakayahang umangkop, likido, de-koryenteng pagtutol at pumipiling pagkamatagusin na naroroon ng mga lamad na ito.

Ang mga protina na bahagi ng bilayer, ayon sa modelo, ay dapat na globular. Bilang karagdagan, ang ilang mga protina ay bahagyang mai-embed sa bilayer, habang ang iba ay ganap na mai-embed sa loob nito.

Ang antas ng pagtagos ng mga globular protein sa bilayer ay tinukoy ng kanilang pagkakasunud-sunod ng amino acid, pati na rin sa pamamagitan ng pagkakaroon ng mga nonpolar R group sa ibabaw ng mga amino acid na ito.

Komposisyon

Ang mga likas na bilayer ay pangunahing binubuo ng mga phospholipid. Ito ay mga compound na nagmula sa gliserol na nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakaroon ng isang hydrophilic head at dalawang hydrophobic tails.

Kapag ang mga phospholipid ay nakikipag-ugnay sa tubig maaari silang mag-ayos sa iba't ibang paraan. Ang pinaka-matatag na form ay bilang isang bilayer na may mga buntot na nakaharap sa loob at ang mga ulo na nakaharap sa labas ng bilayer.

Ang mga glycolipids ay bahagi rin ng lipid bilayer. Ang mga compound na ito, tulad ng ipinapahiwatig ng kanilang pangalan, ay mga lipid na nauugnay sa mga asukal, na nagmula sa kaso ng mga hayop mula sa isang compound na kilala bilang sphingocin.

Ang isa pang mahalagang sangkap ng lamad ay kolesterol, isang hindi nakikilalang lipid. Naroroon ito sa parehong panloob at panlabas na mga layer ng bilayer. Ito ay higit na sagana sa lamad ng plasma kaysa sa lamad ng mga organelles.

Ang mga lamad ay nauugnay din sa maraming uri ng mga protina, na maaaring maging ng dalawang uri, extrinsic o intrinsic. Ang mga protina ng extrinsic o peripheral ay maluwag na nakagapos sa lamad at madaling mahiwalay sa kanila.

Ang intrinsic o integral na mga protina ay malakas na nauugnay sa bilayer at hindi madaling maalis ang madali. Kinakatawan nila ang tungkol sa 70% ng mga protina ng lamad. Ang ilan sa mga ito ay gumana bilang mga receptor para sa mga signal mula sa labas ng cell at ang kanilang paghahatid sa interior.

Ang iba pang mga protina ay nauugnay sa pagsasanib ng dalawang magkakaibang bilayer. Kabilang sa mga ito ang mga pinapayagan ang unyon ng tamud na may ovum sa panahon ng pagpapabunga; din ang mga nagpapahintulot sa mga virus na tumagos sa mga cell ng host.

Bilang karagdagan, ang mga bomba ng ion ay mga integral na protina na tumatawid sa bilayer na nagpapahintulot sa pagpapalitan ng mga ions sa pagitan ng interior at exterior ng cell, sa pamamagitan ng lipid bilayer, laban sa isang gradient.

Mga Tampok

Ang pangunahing biological function ng lipid bilayer ay ang paghihiwalay ng may tubig compartments na may iba't ibang mga komposisyon, tulad ng paghihiwalay ng cellular protoplasm mula sa kapaligiran nito. Kung wala itong pisikal na delimitation sa pagitan ng mga compartment, ang buhay na alam natin na imposible ito.

Napakahalaga ng pagpapaandar na ito na halos lahat ng mga nabubuhay na nilalang ay may isang lamad na binubuo ng isang lipid bilayer. Ang pagbubukod ay kinakatawan ng ilang mga species ng archaea, kung saan ang lamad ay isang lipid monolayer.

Nakikilahok ang mga bilayer ng lipid sa paghahatid ng salpok ng interneuronal nerve. Ang mga neuron ay hindi pisikal na nakakabit sa bawat isa, ngunit pinaghiwalay ng isang maikling puwang na tinatawag na isang synaps. Ang Neurotransmitter na nag-load ng mga vesicle ay nakagambala upang tulay ang puwang ng interneuronal na ito.

Ang isa pang pag-andar ng bilayer ay ang maglingkod bilang isang istruktura na base o suporta sa balangkas, kung saan ang ilang mga sistema ng transportasyon pati na rin ang ilang mga enzyme ay mariin na nakalakip.

Organelles na may lipid bilayer

Sa prokaryotes, ang lipid bilayer ay naroroon lamang sa lamad ng cell, habang sa Eukaryotes mayroong iba't ibang mga organelles o organelles na maaaring magkaroon ng isa o dalawang lipid bilayer.

-Organelles na may dalawang lipid bilayers

Core

Ang mga cellular organelle na naroroon sa mga cell ng eukaryotic at naglalaman ng karamihan sa genetic na materyal na naayos sa mga kromosoma.

Ang nuclear membrane ay binubuo ng dalawang lipid bilayers na pinaghiwalay ng isang puwang na tinatawag na perinuclear. Ang parehong mga layer ay tinatawag na panlabas at panloob na lamad ng nukleyar at naiiba sa kanilang komposisyon ng protina.

Mitochondria

Organelle na namamahala sa cellular respiratory, isang proseso kung saan ang enerhiya na kinakailangan para sa aktibidad ng cellular ay ibinibigay. Mayroon itong isang dobleng lamad, ang panlabas na makinis at panloob na nakatiklop, na bumubuo ng laminar o tulad ng tisa.

Ang pag-andar ng naturang mga folds ay upang madagdagan ang panloob na lugar ng ibabaw, na kung saan ang lugar na nangyayari sa metaboliko.

Mitochondria. Kinuha at na-edit mula sa: LadyofHats.

Chloroplast

Organelle naroroon sa mas mataas na mga halaman at iba pang mga photoautotrophic eukaryotic organism. Mayroon itong dalawang concentric lipid bilayers na pinaghiwalay ng isang puwang ng intermembrane. Ang panlabas na layer ay mas porous kaysa sa panloob na layer dahil sa pagkakaroon ng mga protina na tinatawag na mga porins.

-Organelles na may isang lipid bilayer

Bukod sa lamad ng plasma, na napag-usapan nang malaki sa artikulong ito, ang iba pang mga organelles, tulad ng endoplasmic reticulum, ang Golgi apparatus, at lysosome, ay may isang solong lipid bilayer.

Endoplasmic reticulum (ER)

Ang isang kumplikadong mga cytoplasmic membranes na nauugnay (magaspang na ER) o hindi (makinis na ER) sa mga ribosom, at nakikilahok sa synthesis ng mga lipid at phospholipids (makinis na ER) o ng mga peptides at protina (magaspang na ER), salamat sa mga ribosom na nakalakip sa kanilang pader.

Patakaran ng Golgi

Ang isang kumplikado ng makinis na may pader na mga lamad na kasangkot sa imbakan, pagbabago, at pag-iimpake ng mga sangkap na protina.

Lysosome

Ang mga Vesicular organelles na naglalaman ng mga enzymes na kasangkot sa pagkasira ng mga dayuhang materyales. Pinahina rin nila ang mga hindi kinakailangang mga bahagi ng cellular at kahit na nasira o patay na mga cell.

Aplikasyon

Ang pangunahing aplikasyon ng lipid bilayers ay nasa larangan ng gamot. Ang mga liposome ay mga istraktura ng vesicular na pinapawi ng mga lipid na lipid. Ang mga ito ay artipisyal na nabuo sa pamamagitan ng sonik na pag-oscillation ng isang may tubig na pagsuspinde ng phosphoglyceride.

Kung ang mga ions o molekula ay kasama sa may tubig na suspensyon, kung gayon ang ilan sa mga elementong ito ay mapapaloob sa loob ng liposome. Batay sa mga prinsipyong ito, ang mga gamot ay naka-encapsulated sa solusyon sa loob ng liposomes.

Ang mga liposom na naglalaman ng gamot ay inihatid na iniksyon sa pasyente. Kapag sa loob ng kanilang paglalakbay sa pamamagitan ng sistema ng dugo, hanggang sa maabot nila ang target na lugar. Sa lugar ng patutunguhan ay pinaghiwalay nila at pinakawalan ang kanilang nilalaman.

Ang paggamit ng mga lipid bilayers bilang biosensors para sa diagnosis ng sakit ay nasubok din; pati na rin para sa posibleng pagtuklas ng mga biological na armas. Panghuli, matagumpay itong nasubok para sa pagkamatagusin sa droga.

Mga Sanggunian

1. OS Andersen, II Koeppe, E. Roger (2007). Ang Bilayer Thickness at Frane Fotein Function: Isang Energetic Perspective. Taunang Pagrepaso ng Biophysics at Biomolecular Structure.
2. Lipid bilayer. Sa Ecured. Nabawi mula sa ecured.com.
3. Lipid bilayer. Sa Wikipedia. Nabawi mula sa wikipedia.org.
4. A. Lehninger (1978). Biochemistry. Ediciones Omega, SA
5. L. Stryer (1995). Biochemestry. WH Freeman at Company, New York.
6. RB Gennis (1989). Biomembranes. Springer-Verlag.
7. MS Bretscher (1972). Asymmetrical Lipid Bilayer na Istraktura para sa Biological Membranes. Kalikasan ng Bagong Biology.