Pengertian Lipid bilayer, Sifat, Struktur dan Fungsi

Lipid bilayer atau lipid dwilapis adalah dasar dari semua membran biologis dan strukturnya sesuai dengan model mosaik fluida (Singer dan Nicholson, 1972).

Dalam lipid yang ada di membran biologis, kepala hidrofilik berasal dari salah satu dari tiga kelompok:

  • Glukolipid, yang “kepalanya” mengandung oligosakarida dari 1 sampai 15 monosakarida.
  • Fosfolipid, yang kepalanya mengandung gugus bermuatan positif yang dihubungkan ke ekor oleh gugus fosfat bermuatan negatif.
  • Steroid, yang kepalanya mengandung cincin steroid planar, misalnya kolesterol, eksklusif untuk hewan.

Lipid bilayer adalah penting untuk menjaga bentuk sel dan permeabilitas selektif. Oleh karena itu, sangat penting untuk kelangsungan hidup dan fungsi sel. Artikel ini menjelaskan apa lapisan ganda lipid dan bagaimana strukturnya memberikan kontribusi untuk kelangsungan hidup sel.

Pengantar

Sel diuraikan dengan membran plasma. Membran plasma bertanggung jawab untuk melindungi bagian dalam sel dan untuk permeabilitas selektif, yang berarti memantau apa yang masuk dan keluar bahan sel. Kemampuan membran plasma untuk menentukan bahan dapat bergerak masuk dan keluar dari sel ini disebabkan oleh molekul ditemukan dalam membran dan adanya lipid bilayer. Mari kita membahas sifat dari lipid bilayer.

Pengertian

Lipid bilayer (atau lapisan ganda fosfolipid) adalah membran polar tipis yang terdiri dari dua lapisan molekul lipid. Membran ini adalah lembaran datar yang membentuk penghalang kontinu di sekitar semua sel. Membran sel dari hampir semua organisme dan berbagai virus terdiri dari lapisan ganda lipid, serta membran inti di sekitar inti sel, dan membran lain yang mengelilingi struktur sub-seluler.

Lipid bilayer adalah penghalang yang menjaga ion, protein, dan molekul lain dari tempat mereka dibutuhkan dan mencegahnya menyebar ke area yang tidak seharusnya. Lapisan ganda lipid sangat cocok untuk fungsi ini, meskipun lebarnya hanya beberapa nanometer, yang kedap air untuk sebagian besar yang larut dalam air (molekul hidrofilik). Lapisan ganda sangat tahan terhadap ion, yang memungkinkan sel untuk mengatur konsentrasi garam dan pH dengan mengangkut ion melintasi membrannya, menggunakan protein yang disebut pompa ion.

Lipid bilayer biologis umumnya terdiri dari fosfolipid amfifilik yang memiliki kepala fosfat hidrofilik dan ekor hidrofobik yang terdiri dari dua rantai asam lemak. Fosfolipid dengan gugus kepala tertentu dapat mengubah kimia permukaan lapisan ganda dan dapat, misalnya, berfungsi sebagai sinyal, serta “jangkar” untuk molekul lain dalam membran sel. Seperti kepala, ekor lipid juga dapat mempengaruhi sifat membran, misalnya dengan menentukan fase bilayer.

Lipid bilayer dapat mengadopsi gel fase-fase padat pada suhu yang lebih rendah, tetapi menjalani transisi fase ke kondisi fluida pada suhu yang lebih tinggi, dan sifat kimia lipid memengaruhi suhu di mana hal ini terjadi. Kemasan lipid di dalam bilayer juga memengaruhi sifat mekaniknya, termasuk ketahanannya terhadap perpanjangan dan fleksi. Banyak dari sifat ini telah dipelajari dengan penggunaan “model” bilayer buatan yang diproduksi di laboratorium. Vesikel yang dibuat dengan model bilayer juga telah digunakan secara klinis untuk mengantarkan obat.

Membran biologis biasanya mencakup beberapa jenis molekul fosfolipid lainnya. Contoh yang sangat penting dalam sel hewan adalah kolesterol, yang membantu memperkuat lapisan ganda dan menurunkan permeabilitasnya. Kolesterol juga membantu mengatur aktivitas protein membran integral tertentu.

Protein membran integral berfungsi ketika dimasukkan ke dalam lapisan ganda lipid, dan mereka disimpan dengan kuat di lapisan ganda lipid dengan bantuan pelindung lipid annular. Karena lapisan ganda menentukan batas sel dan kompartemennya, protein membran ini terlibat dalam banyak proses pensinyalan intra dan antar seluler.

Beberapa jenis protein membran terlibat dalam proses penggabungan dua lapisan ganda. Fusi ini memungkinkan bergabungnya dua struktur yang berbeda seperti dalam pembuahan sel telur oleh sperma atau masuknya virus ke dalam sel. Karena lipid bilayer sangat rapuh dan tidak terlihat di bawah mikroskop tradisional, mereka menantang untuk dipelajari. Eksperimen berlapis ganda sering kali memerlukan teknik lanjutan seperti mikroskop elektron dan mikroskop gaya atom.

Struktur

Fosfolipid adalah molekul utama yang ditemukan dalam membran plasma. Sebuah fosfolipid adalah unik karena memiliki daerah hidrofilik yang disebut kepala, dan daerah hidrofobik yang dikenal sebagai ekor. Wilayah hidrofilik dapat berinteraksi dengan air karena adanya gugus fosfat yang polar, seperti air. Jika ada sesuatu yang hidrofilik, itu berarti ia suka air.

Sebaliknya, wilayah hidrofobik molekul tidak berinteraksi dengan air karena tidak polar. Jika ada sesuatu yang hidrofobik, yang berarti tidak suka (atau ketakutan) air. Sebuah molekul yang memiliki baik hidrofilisitas parsial dan hidrofobik parsial diklasifikasikan sebagai amfipatik.

Ketika fosfolipid terkena air, berkumpul sendiri pada lembaran dua lapis, dengan ekor hidrofobik mengarah ke tengah lembaran. Pengaturan ini menghasilkan dua “selebaran”, yang masing-masing merupakan satu lapisan molekul. Bagian tengah lapisan ganda ini hampir tidak mengandung air dan tidak termasuk molekul seperti gula atau garam yang larut dalam air. Proses perakitan didorong oleh interaksi antara molekul hidrofobik (juga disebut efek hidrofobik). Peningkatan interaksi antara molekul hidrofobik (menyebabkan agregasi wilayah hidrofobik) memungkinkan molekul air bersatu lebih bebas satu sama lain, meningkatkan entropi sistem. Proses kompleks ini mencakup interaksi non-kovalen seperti gaya ikatan van der Waals, elektrostatis dan hidrogen.

Model Davson dan Danielli

Diusulkan pada tahun 1935, dan dipertahankan bahwa membran mengandung fase hidrokarbon berkelanjutan, yang disumbangkan oleh lipid yang menyusun membran.

Model membran unit

Didirikan oleh J.D. Robertson, hipotesis ini merupakan modifikasi dari model Davson dan Danielli. Dia mendalilkan bahwa membran unit terdiri dari lapisan ganda lipid polar campuran.

Lipid ini diorientasikan dengan rantai hidrokarbon ke dalam, membentuk lapisan hidrokarbon kontinyu, sedangkan kepala hidrofilik mengarah ke arah yang berlawanan.

Selain itu, membran kesatuan ini ditutupi di kedua sisi oleh satu lapisan molekul protein yang diatur secara diperpanjang.

Model bola

Juga dikenal sebagai model subunit. Menurut model ini, membran akan dibentuk oleh mosaik subunit lipoprotein berulang antara 4,0 dan 9,0 nm.

Pola mosaik fluida

Itu diusulkan oleh S.J. Penyanyi dan G.L. Nicholson pada tahun 1972 dan merupakan model yang paling diterima. Menurutnya, fosfolipid membran tersusun dalam lapisan ganda, membentuk matriks kristal cair.

Menurut model ini, molekul lipid individu dapat bergerak bebas secara lateral, yang akan menjelaskan fleksibilitas, fluiditas, hambatan listrik, dan permeabilitas selektif yang dimiliki membran ini.

Protein yang merupakan bagian dari bilayer, menurut modelnya, harus berbentuk bulat. Selain itu, beberapa protein akan sebagian tertanam di lapisan ganda, sementara yang lain akan sepenuhnya tertanam di dalamnya.

Derajat penetrasi protein globular ke dalam lapisan ganda akan ditentukan oleh urutan asam aminonya, serta dengan adanya gugus R nonpolar pada permukaan asam amino ini.

Sifat

Lapisan ganda lipid adalah struktur laminar yang sangat tipis dan rapuh yang menghadirkan beberapa karakteristik penting secara biologis seperti:

1. Permeabilitas

Salah satu sifat utama dari lipid bilayer adalah permeabilitas selektifnya. Memang, membran ini sangat kedap terhadap ion dan sebagian besar molekul polar, dengan air menjadi pengecualian penting, karena dapat dengan mudah melewati membran.

Contoh permeabilitas selektif ini adalah natrium dan kalium, yang ion-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 dari triptofan, molekul lain yang secara struktural mirip dengan ini.

Bahkan sebelum mengetahui sifat ganda membran, ilmuwan Charles Overton menunjukkan (1901) bahwa koefisien permeabilitas molekul kecil secara langsung berkaitan dengan kelarutan relatif yang mereka hadirkan dalam pelarut organik dan dalam air.

2. Asimetri

Setiap lapisan yang menyusun membran secara struktural dan fungsional berbeda dari yang lain. Contoh fungsional dari asimetri ini adalah pompa natrium-kalium. Pompa ini ada di membran plasma dari sebagian besar sel organisme tingkat tinggi.

Pompa Na + – K + diorientasikan sedemikian rupa sehingga mengeluarkan Na + dari bagian dalam sel, sambil memasukkan ion K +. Selain itu, media transpor ini membutuhkan energi berupa ATP untuk aktivasi dan hanya dapat digunakan jika berada di dalam sel.

Komponen setiap lapisan juga berbeda, protein membran disintesis dan disisipkan secara asimetris ke dalam lapisan ganda, seperti lipid, tetapi yang terakhir, tidak seperti protein, tidak menghadirkan asimetri absolut, dengan pengecualian dari glikolipid.

Dalam kasus eritrosit, misalnya, sfingomielin dan fosfatidilkolin terletak di lapisan luar membran, sedangkan fosfatidiletanolamina dan fosfatidilserin ditempatkan secara internal. Kolesterol adalah konstituen, bagaimanapun, dari kedua lapisan tersebut.

Salah satu penyebab asimetri dalam distribusi fosfolipid adalah sebagian besar konstituen ini disintesis di dalam sel dan oleh karena itu awalnya dimasukkan ke dalam lapisan dalam, dan dari sana beberapa di antaranya akan bermigrasi ke lapisan luar dengan bantuan enzim yang disebut flipase.

3. Fluiditas

Lipid bilayer bukanlah struktur yang kaku, tetapi lebih merupakan struktur cairan dan dinamis, di mana lipid dan banyak protein terus bergerak ke samping.

Lipid berdifusi ke lateral ke dalam membran dengan kecepatan rata-rata 2 µm per detik. Perpindahan lateral protein dalam lapisan ganda, di sisi lain, dapat bervariasi tergantung pada jenis protein; sementara beberapa secepat lipid, yang lain 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 dari asam lemak lipid. Ketika semua asam lemak tersusun, lapisan ganda berada dalam keadaan kaku, sedangkan dalam keadaan cair relatif tidak teratur.

Perubahan ini mungkin disebabkan oleh variasi suhu; transisi dari keadaan padat ke keadaan fluida terjadi secara tiba-tiba ketika suhu melebihi ambang batas yang dikenal sebagai suhu leleh, yang bergantung 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. Oleh karena itu, pada temperatur yang berbeda fase padat dan fluida dapat hidup berdampingan dalam lapisan ganda yang sama.

Sifat lainnya

Lipid bilayer, berkat interaksi kovalen dan gaya van der Waals yang menarik, memiliki kecenderungan menjadi luas, serta menutup dirinya sendiri sehingga tidak ada ujung yang terbuka. Kemampuannya untuk memperbaiki diri juga merupakan karakteristik, karena kurangnya kontinuitas tidak menguntungkan strukturnya secara energetik.

Kebutuhan untuk sebuah bilayer

Interior sel terutama terbuat dari air. Demikian juga, bagian luar sel biasanya dikelilingi oleh cairan berair. Ini berarti bahwa membran plasma tidak mungkin terdiri dari hanya satu lapisan fosfolipid. Hal ini karena daerah ekor hidrofobik (atau takut air) harus berinteraksi dengan salah satu daerah berair di dalam atau di luar sel. Jadi sebagai gantinya, sel-sel telah berevolusi untuk memiliki dua lapis fosfolipid.

Lapisan ganda ini menciptakan gaya pengaturan ‘sandwich’, di mana kepala hidrofilik dari setiap lapisan menghadapi lingkungan berair dalam dan di luar sel. Ini berarti bahwa ekor hidrofobik terbatas ke tengah, menciptakan daerah hidrofobik antara dua lapisan kepala. Hal ini memungkinkan untuk membran plasma akan stabil dalam lingkungan berair ganda ini.

Jadi bagaimana Lapisan ganda seperti sandwich ini berkontribusi terhadap permeabilitas selektif? Molekul polar, yang hidrofilik, tidak mampu melewati interior hidrofobik dari lapisan ganda fosfolipid. Ini berarti bahwa mereka juga tidak masuk ke dalam sel atau mereka harus diangkut ke dalam sel dengan menggunakan cara-cara alternatif seperti saluran protein. Saluran Protein adalah protein yang memberikan bagian melalui lapisan ganda lipid, dan dalam kasus molekul polar, memungkinkan mereka untuk mengangkut seluruh interior hidrofobik. Bahan, seperti gula dan ion, masuk ke dalam sel dengan cara ini.

Di sisi lain, bahan non-polar (yang tidak memiliki muatan) dapat bergerak bebas melalui wilayah hidrofobik membran ini, dan karena itu, tidak memerlukan saluran protein. Molekul-molekul ini menyebar, atau dipindahkan dari daerah konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah, masuk dan keluar dari sel. Saat molekul non-polar melintasi Lapisan ganda lipid, kepala fosfolipid polar menawarkan sedikit perlawanan, yang memungkinkan difusi bebas. Oksigen dan karbon dioksida adalah dua gas yang bergerak melalui membran dengan cara ini.

Komposisi

Lipid bilayer alami terutama terdiri dari fosfolipid. Senyawa tersebut merupakan senyawa turunan dari gliserol yang dicirikan memiliki kepala hidrofilik dan dua ekor hidrofobik.

Ketika fosfolipid bersentuhan dengan air, mereka dapat mengatur dengan cara yang berbeda. Bentuk 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 yang ditunjukkan oleh namanya, adalah lipid yang terkait dengan gula, yang diturunkan dalam kasus hewan dari senyawa yang dikenal sebagai sfingosin.

Konstituen penting lainnya dari membran adalah kolesterol, lipid yang tidak dapat dikenali. Itu ada di kedua lapisan dalam dan luar dari bilayer. Ini lebih melimpah di membran plasma daripada di membran organel.

Membran juga berhubungan dengan berbagai jenis protein, yang dapat terdiri dari dua jenis, ekstrinsik atau intrinsik. Protein ekstrinsik atau perifer terikat secara longgar ke membran dan dapat dengan mudah dipisahkan darinya.

Protein intrinsik atau integral sangat terkait dengan lapisan ganda dan tidak mudah terlepas darinya. Mereka mewakili sekitar 70% protein membran. Beberapa di antaranya berfungsi sebagai reseptor untuk sinyal dari luar sel dan transmisinya ke interior.

Protein lain dikaitkan dengan fusi dua lapisan ganda yang berbeda. Diantaranya adalah yang memungkinkan penyatuan sperma dengan sel telur selama pembuahan; juga yang memungkinkan virus 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.

Fungsi

Fungsi utama lipid bilayer adalah pemisahan kompartemen berair dengan komposisi berbeda, seperti memisahkan protoplasma seluler dari lingkungannya. Tanpa batasan fisik di antara kompartemen ini, kehidupan seperti yang kita ketahui tidak akan mungkin.

Fungsi ini begitu penting sehingga hampir semua makhluk hidup memiliki selaput yang terbuat dari lapisan ganda lipid. Pengecualian diwakili oleh beberapa spesies archaea, di mana membrannya adalah lapisan tunggal lipid.

Lapisan ganda lipid berpartisipasi dalam transmisi impuls saraf interneuronal. Neuron tidak terikat secara fisik satu sama lain, tetapi dipisahkan oleh ruang pendek yang disebut sinaps. Vesikel bermuatan neurotransmitter turun tangan untuk menjembatani ruang interneuronal ini.

Fungsi lain dari bilayer adalah berfungsi sebagai dasar struktural atau kerangka pendukung, di mana beberapa sistem transpor serta beberapa enzim telah terpasang dengan kuat.

Kesimpulan

Ini Lapisan ganda lipid yang tersusun dalam dua lapisan fosfolipid, dengan kepala hidrofilik membentuk tepi luar dan ekor membentuk interior. Dalam pengaturan ini, bilayer memiliki inti hidrofobik yang mencegah bagian dari molekul polar sementara memungkinkan difusi relatif bebas dari molekul non-polar. Hal ini penting karena memungkinkan bilayer untuk memilih molekul itu akan memungkinkan masuk dan keluar dari sel.

Related Posts

This Post Has One Comment

Comments are closed.