LAPISAN GANDA LIPID: KARAKTERISTIK, STRUKTUR, FUNGSI - BIOLOGI - 2025

Lapisan ganda lipid adalah membran laminar tipis, bimolekul, lipid amfipatik, yaitu, mereka mengandung bagian hidrofobik dan bagian hidrofilik lainnya. Ia memiliki permeabilitas yang sangat rendah untuk ion, serta untuk sebagian besar molekul yang larut dalam air, namun sangat permeabilitas terhadap air.

Dalam larutan air, lipid polar, seperti fosfogliserida, berasosiasi untuk membentuk berbagai jenis agregat, yang disebut misel, lapisan tunggal lipid, dan lapisan ganda. Dalam struktur ini, kepala lipid polar, yang bersifat hidrofilik, diarahkan secara eksternal untuk bersentuhan dengan air, sedangkan ekor (hidrofobik) semuanya tersusun di ujung yang berlawanan.

Diagram tentang kemungkinan susunan lipid di tepi pori melalui lapisan ganda lipid. Diambil dan diedit dari: MDougM.

Makhluk hidup memiliki membran sel yang terutama terdiri dari fosfolipid dan glikolipid, membentuk lapisan ganda lipid. Lapisan ganda ini merupakan penghalang permeabilitas yang memungkinkan pengaturan kandungan internal garam dan elektrolit sel. Untuk mencapai ini, mereka memiliki struktur yang disebut pompa ion.

Ilmuwan pertama yang mengusulkan model lapisan ganda lipid untuk membran sel adalah Drs. Evert Gorter dan F. Grendel (1925), dari Universitas Leiden, Belanda, model yang dikonfirmasi pada tahun 1950 oleh studi mikroskop elektron.

Ada beberapa penggunaan lipid bilayers saat ini dan yang potensial, tetapi hingga saat ini, penggunaan vesikel buatan (liposom) yang paling sukses secara komersial adalah penggunaan vesikula buatan (liposom) dalam pengobatan, untuk pemberian obat kepada pasien kanker.

karakteristik

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

Permeabilitas

Salah satu karakteristik utama dari lapisan ganda lipid adalah permeabilitas selektifnya. Memang, membran ini sangat tahan 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 yang 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.

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 terdapat 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.

Kelancaran

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

Lipid berdifusi secara lateral ke dalam membran dengan kecepatan rata-rata 2 µm per detik. Perpindahan lateral protein dalam lapisan ganda, sebaliknya, 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. Jika semua asam lemak tertata, 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 dua lapis yang sama.

Fitur lainnya

Lapisan ganda lipid, 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.

Struktur

Ada beberapa model berbeda untuk menjelaskan struktur lapisan ganda lipid:

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 sel Davson dan Danielli. Diambil dan diedit dari: miguelferig.

Model membran unit

Diberikan oleh JD 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 yang kontinyu, 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 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 cairan

Ini diusulkan oleh SJ Singer dan GL 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 sebagian akan tertanam di lapisan ganda, sementara yang lain akan sepenuhnya tertanam di dalamnya.

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

Komposisi

Lapisan ganda alami terutama terdiri dari fosfolipid. Senyawa ini berasal 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 lapisan dalam dan luar 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.

fitur

Fungsi biologis utama dari lapisan ganda lipid adalah pemisahan kompartemen air dengan komposisi berbeda, seperti memisahkan protoplasma seluler dari lingkungannya. Tanpa batasan fisik di antara kompartemen ini, kehidupan seperti yang kita ketahui tidak mungkin terjadi.

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.

Organel dengan lapisan ganda lipid

Pada prokariota, lapisan ganda lipid hanya ada di membran sel, sedangkan pada Eukariota ada organel atau organel 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 tersebut disebut membran inti luar dan dalam dan dibedakan berdasarkan komposisi proteinnya.

Mitokondria

Organel yang bertanggung jawab atas respirasi sel, suatu proses yang memasok energi yang diperlukan untuk aktivitas seluler. Ia memiliki membran ganda, bagian luarnya halus dan bagian dalam terlipat, membentuk laminar 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.

Kloroplas

Organel hadir pada tumbuhan tingkat tinggi dan organisme eukariotik fotoautotrofik lainnya. Ini memiliki dua lapisan ganda lipid konsentris yang dipisahkan oleh ruang antar membran. Lapisan luar lebih berpori daripada lapisan dalam karena adanya protein yang disebut porins.

-Organel dengan lapisan ganda lipid

Selain membran plasma, yang telah dibahas secara ekstensif dalam artikel ini, organel lain, seperti retikulum endoplasma, aparatus Golgi, dan lisosom, memiliki lapisan ganda lipid tunggal.

Retikulum endoplasma (ER)

Kompleks membran sitoplasma terkait (ER 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 melekat padanya. dinding.

Badan Golgi

Sebuah kompleks membran berdinding halus yang terlibat dalam penyimpanan, modifikasi, dan pengemasan zat protein.

Lisosom

Organel vesikular yang mengandung enzim terlibat dalam degradasi bahan asing. Mereka juga menurunkan komponen seluler yang tidak perlu dan bahkan sel yang rusak atau mati.

Aplikasi

Aplikasi utama bilayers lipid adalah di bidang kedokteran. Liposom adalah struktur vesikuler yang dibatasi oleh lapisan ganda lipid. Mereka secara artifisial dibentuk oleh osilasi sonik dari suspensi fosfogliserida berair.

Jika ion atau molekul termasuk dalam suspensi berair, maka beberapa elemen ini akan terkandung di dalam liposom. Berdasarkan prinsip ini, obat telah dikemas dalam larutan di dalam liposom.

Liposom yang mengandung obat disuntikkan ke pasien. Begitu berada di dalam mereka melakukan perjalanan melalui sistem darah, sampai mereka mencapai tempat target. Di tempat tujuan mereka istirahat dan merilis konten mereka.

Penggunaan lapisan ganda lipid sebagai biosensor untuk diagnosis penyakit juga telah diuji; serta untuk kemungkinan deteksi senjata biologis. Terakhir, telah berhasil diuji permeabilitas obatnya.

Referensi

1. OS Andersen, II Koeppe, E. Roger (2007). Ketebalan Bilayer dan Fungsi Protein Membran: Perspektif Energik. Review Tahunan Biofisika dan Struktur Biomolekuler.
2. Lapisan ganda lipid. Di Ecured. Dipulihkan dari ecured.com.
3. Lapisan ganda lipid. Di Wikipedia. Dipulihkan dari wikipedia.org.
4. A. Lehninger (1978). Biokimia. Ediciones Omega, SA
5. L. Stryer (1995). Biokimia. WH Freeman and Company, New York.
6. RB Gennis (1989). Biomembran. Springer-Verlag.
7. MS Bretscher (1972). Struktur Bilayer Lipid Asimetris untuk Membran Biologis. Nature New Biology.