LIPID ÇIFT KATMAN: ÖZELLIKLERI, YAPISI, IŞLEVLERI - BIYOLOJI - 2025

Lipid iki katmanlı , bir hidrofobik kısma ve bir hidrofilik kısma içeren bir amfipatik lipitlerin ince, bimoleküler, laminer zardır. Suda çözünen moleküllerin çoğunun yanı sıra iyonlar için de çok düşük geçirgenliğe sahiptir, ancak suya çok geçirgendir.

Sulu çözeltilerde, fosfogliseridler gibi polar lipidler, miseller, lipit tekli tabakalar ve çift tabakalar olarak adlandırılan farklı tipte agregalar oluşturmak için birleşirler. Bu yapılarda, hidrofilik olan polar lipidlerin başları dışarıdan su ile temas edecek şekilde yönlendirilirken, kuyrukların (hidrofobik) tümü karşı uçta düzenlenmiştir.

Bir lipit çift tabakası boyunca bir gözeneğin kenarındaki olası lipid düzenlemelerinin diyagramı. MDougM'den alındı ​​ve düzenlendi.

Canlılar, esas olarak fosfolipidlerden ve glikolipidlerden oluşan ve bir lipit çift tabakası oluşturan hücre zarlarına sahiptir. Bu çift katman, hücrenin tuzlarının ve elektrolitlerinin iç içeriğini düzenlemeye izin veren bir geçirgenlik bariyeri oluşturur. Bunu başarmak için iyon pompası denen yapıları vardır.

Hücre zarları için lipit çift tabakalı modeli öneren ilk bilim adamları, 1950'de elektron mikroskobu çalışmaları ile onaylanan bir model olan Hollanda, Leiden Üniversitesi'nden Dr.Evert Gorter ve F.Grendel (1925) idi.

Lipid çift katmanlarının birçok mevcut ve potansiyel kullanımı vardır, ancak bugüne kadar ticari olarak en başarılı olanı, ilaçların kanser hastalarına uygulanması için tıpta yapay veziküllerin (lipozomlar) kullanılması olmuştur.

karakteristikleri

Lipid çift katmanlar, aşağıdakiler gibi bazı biyolojik olarak önemli özellikler sunan çok ince ve kırılgan katmanlı yapılardır:

geçirgenlik

Lipid çift tabakanın temel özelliklerinden biri, seçici geçirgenliğidir. Gerçekte, bu zarlar, zardan kolayca geçebildiği için su önemli bir istisna olmak üzere iyonlara ve çoğu polar moleküle karşı çok dayanıklıdır.

Bu seçici geçirgenliğin bir örneği, iyonları zarı sudan bir milyon kat daha yavaş geçen sodyum ve potasyumdur. Öte yandan, heterosiklik bir organik bileşik olan indol, zarı, yapısal olarak buna benzer başka bir molekül olan triptofandan bin kat daha yüksek bir hızda geçer.

Bilim adamı Charles Overton, zarın çift doğasını bilmeden önce bile (1901), küçük moleküllerin geçirgenlik katsayılarının, organik çözücülerde ve suda bulundukları görece çözünürlükle doğrudan ilişkili olduğuna işaret etti (1901).

asimetri

Membranı oluşturan katmanların her biri yapısal ve işlevsel olarak birbirinden farklıdır. Bu asimetrinin işlevsel bir örneği, sodyum-potasyum pompasıdır. Bu pompa, yüksek organizmaların hücrelerinin büyük çoğunluğunun plazma zarında bulunur.

Na ⁺ - K ⁺ pompası , K ⁺ iyonlarını verirken Na ⁺ ' yı hücrenin içinden çıkaracak şekilde yönlendirilmiştir . Ek olarak, bu taşıma ortamı, aktivasyonu için ATP formunda enerjiye ihtiyaç duyar ve yalnızca hücre içindeyse kullanılabilir.

Her katmanın bileşenleri de farklıdır, membran proteinleri sentezlenir ve lipitler gibi çift katmana asimetrik olarak eklenir, ancak ikincisi, proteinlerin aksine, istisna dışında mutlak bir asimetri göstermez. glikolipidler.

Eritrositler söz konusu olduğunda, örneğin sfingomiyelinler ve fosfatidilkolinler, zarın dış tabakasında bulunurken, fosfatidiletanolamin ve fosfatidilserinler dahili olarak konumlandırılır. Bununla birlikte, kolesterol, her iki tabakanın bir bileşenidir.

Fosfolipidlerin dağılımındaki asimetrinin nedenlerinden biri, bu bileşenlerin çoğunun hücre içinde sentezlenmesi ve bu nedenle başlangıçta iç katmana dahil olması ve oradan bir kısmının dış katmana geçmesidir. Flipaz adı verilen enzimlerin yardımı.

akıcılık

Lipid çift tabakaları sert yapılar değildir, aksine lipidlerin ve birçok proteinin sürekli yanal olarak hareket ettiği akışkan ve dinamik yapılardır.

Lipitler, saniyede ortalama 2 um'lik bir hızla zarın içine yanal olarak yayılır. Öte yandan, çift tabakalardaki proteinlerin yanal yer değiştirmesi, protein tipine bağlı olarak değişebilir; bazıları lipitler kadar hızlıyken, diğerleri pratik olarak hareketsiz kalır.

Öte yandan, flip-flop olarak da adlandırılan enine difüzyon, lipidler için çok daha yavaştır ve proteinlerde hiç gözlenmemiştir.

Öte yandan, zarın akışkanlığı, lipitlerin yağ asitlerinin göreceli sırasına bağlı olarak değişebilir. Tüm yağ asitleri sipariş edildiğinde, iki katman katı bir durumdadır, sıvı halde iken bunlar nispeten düzensizdir.

Bu değişiklikler sıcaklıktaki değişimlerden kaynaklanıyor olabilir; Katı halden sıvı hale geçiş, yağ asidi zincirlerinin uzunluğuna ve doymamışlık derecelerine bağlı olarak sıcaklık erime sıcaklığı olarak bilinen bir eşiği aştığında aniden gerçekleşir.

Membranın kurucu lipitleri farklı yapıdadır ve bu nedenle farklı erime sıcaklıklarına sahip olabilir. Bundan dolayı, farklı sıcaklıklarda katı ve akışkan fazlar aynı çift tabakada bir arada bulunabilir.

Diğer özellikler

Kovalent etkileşimler ve çekici van der Waals kuvvetleri sayesinde lipid çift katmanları, açık uçlar kalmayacak şekilde kendi kendilerine kapanmanın yanı sıra geniş olma eğilimindedir. Kendi kendini onarma yeteneği de karakteristiktir, çünkü devamlılık eksikliği enerjisel olarak yapısı için elverişli değildir.

yapı

Lipid çift tabakasının yapısını açıklamak için farklı modeller vardır:

Davson ve Danielli modeli

1935'te önerildi ve zarların, zarı oluşturan lipitlerin katkıda bulunduğu sürekli bir hidrokarbon fazı içerdiğini iddia ediyor.

Davson ve Danielli hücre zarı modeli. Miguelferig'den alındı ​​ve düzenlendi.

Birim membran modeli

JD Robertson tarafından geliştirilen bu hipotez, Davson ve Danielli modelinin bir modifikasyonudur. Birim zarın çift katmanlı karışık polar lipitlerden oluştuğunu varsaydı.

Bu lipitler, hidrokarbon zincirleri içeriye doğru yönlendirilmiş, sürekli bir hidrokarbon tabakası oluştururken, hidrofilik başlıklar zıt yönü işaret ediyordu.

Ek olarak, bu tek zarın her iki tarafı, genişletilmiş bir şekilde düzenlenmiş tek bir protein molekülleri tabakası ile kaplanmıştır.

Küresel model

Alt birim modeli olarak da bilinir. Bu modele göre, zarlar 4.0 ve 9.0 nm arasında tekrarlayan lipoprotein alt birimlerinden oluşan bir mozaikten oluşacaktır.

Akıcı mozaik desen

1972'de SJ Singer ve GL Nicholson tarafından önerildi ve en çok kabul gören modeldir. Buna göre, zarın fosfolipidleri, sıvı kristallerden oluşan bir matris oluşturan çift katmanlar halinde düzenlenmiştir.

Bu modele göre, tek tek lipid molekülleri serbestçe yanal olarak hareket edebilir, bu da bu zarların sunduğu esnekliği, akışkanlığı, elektriksel direnci ve seçici geçirgenliği açıklar.

Modele göre çift tabakanın parçası olan proteinler küresel olmalıdır. Ek olarak, bazı proteinler kısmen çift katmanda gömülü olurken, diğerleri tamamen içine gömülü olur.

Küresel proteinlerin çift tabakaya nüfuz etme derecesi, amino asit dizilerinin yanı sıra bu amino asitlerin yüzeyinde polar olmayan R gruplarının varlığı ile tanımlanacaktır.

Kompozisyon

Doğal çift katmanlar esas olarak fosfolipitlerden oluşur. Bunlar, hidrofilik bir kafa ve iki hidrofobik kuyruğa sahip olmasıyla karakterize edilen gliserolden türetilen bileşiklerdir.

Fosfolipidler su ile temas ettiklerinde farklı şekillerde organize olabilirler. En stabil form, iki tabakalı olup, kuyrukları içe bakar ve başları çift tabakanın dışına bakar.

Glikolipitler ayrıca lipit çift tabakasının bir parçasıdır. Bu bileşikler, adlarından da anlaşılacağı gibi, sfingosin olarak bilinen bir bileşikten hayvanlar söz konusu olduğunda türetilen şekerlerle ilişkili lipitlerdir.

Membranın bir diğer önemli bileşeni, sabunlaştırılamayan bir lipid olan kolesteroldür. Çift tabakanın hem iç hem de dış katmanlarında bulunur. Plazma zarında, organellerin zarından daha bol miktarda bulunur.

Zarlar ayrıca, iki tipte, dışsal veya içsel olabilen birçok protein türü ile ilişkilidir. Ekstrinsik veya çevresel proteinler, membrana gevşek bir şekilde bağlanır ve onlardan kolayca ayrılabilir.

İçsel veya integral proteinler, çift katmanla güçlü bir şekilde ilişkilidir ve ondan kolayca ayrılamaz. Membran proteinlerinin yaklaşık% 70'ini temsil ederler. Bazıları hücre dışından gelen sinyaller ve bunların içeriye iletilmesi için alıcı görevi görür.

Diğer proteinler, iki farklı çift katmanın füzyonu ile ilişkilidir. Bunların arasında döllenme sırasında spermin yumurta ile birleşmesini sağlayanlar; ayrıca virüslerin konakçı hücrelere nüfuz etmesine izin verenler.

Ek olarak, iyon pompaları, bir gradyana karşı lipit çift tabakası aracılığıyla hücrenin içi ve dışı arasında iyon değişimine izin veren çift tabakayı geçen entegre proteinlerdir.

Özellikleri

Lipid çift tabakanın ana biyolojik işlevi, hücresel protoplazmayı çevresinden ayırmak gibi farklı bileşimlerle sulu bölmelerin ayrılmasıdır. Bölmeler arasındaki bu fiziksel sınırlama olmadan, bildiğimiz şekliyle yaşam imkansız olurdu.

Bu işlev o kadar önemlidir ki, pratik olarak tüm canlılar bir lipit çift tabakasından oluşan bir zara sahiptir. İstisna, zarın bir lipit tek tabakası olduğu bazı arke türleri tarafından temsil edilir.

Lipid çift katmanları, interneuronal sinir impulsunun iletilmesine katılır. Nöronlar fiziksel olarak birbirine bağlı değildir, sinaps adı verilen kısa bir boşlukla ayrılır. Nörotransmiter yüklü veziküller, bu nöronlar arası boşluğu köprülemek için müdahale eder.

Çift tabakanın diğer bir işlevi, bazı nakil sistemlerinin ve bazı enzimlerin güçlü bir şekilde bağlandığı yapısal bir taban veya destek iskeleti olarak hizmet etmektir.

Lipid çift tabakalı organeller

Prokaryotlarda, lipit çift tabakası yalnızca hücre zarında bulunurken, Ökaryotlarda bir veya iki lipit çift tabakasına sahip olabilen farklı organeller veya organeller vardır.

-İki lipid katmanına sahip organeller

çekirdek

Ökaryotik hücrelerde bulunan ve kromozomlarda düzenlenmiş genetik materyalin çoğunu içeren hücresel organel.

Nükleer membran, perinükleer adı verilen bir boşlukla ayrılan iki lipit katmanından oluşur. Her iki katmana da dış ve iç nükleer membran denir ve protein bileşimleriyle farklılaşır.

Mitokondri

Hücresel solunumdan sorumlu organel, hücresel aktivite için gerekli enerjinin sağlandığı bir süreçtir. Çift zarı vardır, dış pürüzsüz ve iç katlanmış şekillendirme laminer veya parmak benzeri tebeşir.

Bu tür kıvrımların işlevi, metabolik reaksiyonların meydana geldiği yer olan iç yüzey alanını arttırmaktır.

Mitokondri. LadyofHats'tan alınmış ve düzenlenmiştir.

kloroplast

Daha yüksek bitkilerde ve diğer fotoototrofik ökaryotik organizmalarda bulunan organel. Bir zarlar arası boşlukla ayrılmış iki eşmerkezli lipit katmanına sahiptir. Dış katman, porin adı verilen proteinlerin varlığından dolayı iç katmandan daha gözeneklidir.

-İpid çift tabakalı organeller

Bu makalede kapsamlı bir şekilde tartışılan plazma membranının yanı sıra, endoplazmik retikulum, Golgi aparatı ve lizozomlar gibi diğer organellerin tek bir lipit çift tabakası vardır.

Endoplazmik retikulum (ER)

Ribozomlarla ilişkili (kaba ER) veya olmayan (pürüzsüz ER) ve bunlara bağlı ribozomlar sayesinde lipitlerin ve fosfolipitlerin (pürüzsüz ER) veya peptitlerin ve proteinlerin (kaba ER) sentezine katılan bir sitoplazmik membran kompleksi duvarlar.

Golgi cihazı

Protein maddelerinin depolanması, değiştirilmesi ve paketlenmesiyle ilgili bir düz duvarlı zar kompleksi.

lizozomlar

Yabancı maddelerin bozunmasında rol oynayan enzimleri içeren veziküler organeller. Ayrıca gereksiz hücresel bileşenleri ve hatta hasar görmüş veya ölü hücreleri degrade ederler.

Uygulamalar

Lipid çift katmanlarının ana uygulama alanı tıp alanındadır. Lipozomlar, lipid çift katmanları tarafından sınırlanan veziküler yapılardır. Sulu fosfogliserit süspansiyonlarının sonik salınımı ile yapay olarak oluşturulurlar.

Sulu süspansiyona iyonlar veya moleküller dahil edilirse, bu elementlerden bazıları lipozomlar içinde yer alacaktır. Bu ilkelere dayanarak, ilaçlar lipozomlar içinde çözelti içinde kapsüllenmiştir.

İlaç içeren lipozomlar hastaya enjekte edilir. İçeri girdikten sonra, hedef yere ulaşana kadar kan sisteminden geçerler. Hedef yerinde içeriklerini bozar ve serbest bırakırlar.

Hastalık teşhisi için biyosensör olarak lipit çift katmanlarının kullanımı da test edilmiştir; biyolojik silahların olası tespiti için olduğu gibi. Son olarak, ilaç geçirgenliği açısından başarıyla test edilmiştir.

Referanslar

1. OS Andersen, II Koeppe, E. Roger (2007). İki Katman Kalınlığı ve Membran Protein Fonksiyonu: Enerjik Bir Perspektif. Biyofizik ve Biyomoleküler Yapının Yıllık İncelemesi.
2. Lipit iki tabakalı. Ecured'de. Ecured.com'dan kurtarıldı.
3. Lipit iki tabakalı. Wikipedia'da. Wikipedia.org'dan kurtarıldı.
4. A. Lehninger (1978). Biyokimya. Ediciones Omega, SA
5. L. Stryer (1995). Biochemestry. WH Freeman ve Şirketi, New York.
6. RB Gennis (1989). Biyomembranlar. Springer-Verlag.
7. MS Bretscher (1972). Biyolojik Zarlar İçin Asimetrik Lipid Çift Katmanlı Yapı. Nature New Biology.