Una bicapa fosfolipídica es una lámina de moléculas de fosfolípidos formada por dos capas, y es la estructura básica de casi todas las membranas celulares. Su grosor es de unos 5 nanómetros, medido desde el borde exterior de las cabezas de las moléculas de un lado hasta el de las cabezas del otro. Un nanómetro es una milmillonésima de metro.

Tamaño

Cada fosfolípido tiene una cabeza atraída por el agua y dos colas que la evitan. En una bicapa, las cabezas miran hacia el agua que hay a cada lado y las colas se juntan en el centro, lo que forma una zona central que repele el agua. Según mediciones revisadas en 2000, las bicapas de fosfatidilcolina, un fosfolípido común, tienen un grosor total de 4.4 a 4.7 nanómetros en la forma fluida que se encuentra en las células vivas. En una forma más fría y más ordenada, el grosor llega a 5.2 nanómetros.

La zona central que repele el agua ocupa entre 2.6 y 2.9 nanómetros del grosor de la bicapa fluida. Las membranas celulares reales combinan muchos tipos de lípidos. Unas mediciones con rayos X publicadas en 2004 hallaron una distancia de 3.6 a 4.3 nanómetros entre los grupos fosfato de los dos lados de membranas de células de hígado de rata, y las cabezas llegan un poco más allá de los fosfatos.

Las membranas también están llenas de proteínas, que cubren cerca de la mitad de la superficie de la membrana, y muchas de esas proteínas sobresalen de la membrana por ambos lados. Si se cuentan las proteínas, suele decirse que una membrana completa mide de 5 a 10 nanómetros de grosor.

Comparaciones de tamaño

• Dos fosfolípidos de unos 2 a 2.5 nanómetros de largo cada uno, puestos cola con cola, abarcan todo el grosor de la bicapa.
• Una hélice alfa de 20 a 25 aminoácidos, que mide de 3 a 3.75 nanómetros de largo, es lo bastante larga para atravesar la zona central que repele el agua. Las proteínas que atraviesan las membranas a menudo lo hacen de esta manera.
• Un circovirus porcino, uno de los virus más pequeños que se conocen hasta 2026, tiene un ancho de unas tres veces y media el grosor de la bicapa.
• Unas 20,000 bicapas apiladas una sobre otra tendrían el grosor de una hoja de papel, unos 0.1 milímetros.
• Si una bicapa se ampliara hasta el grosor de una hoja de papel, un cabello humano mediría de 1.6 a 2 metros de ancho.

Qué hace la bicapa

La bicapa separa el agua y las sustancias disueltas que hay dentro de una célula de las que hay fuera. Su zona central, que repele el agua, es una barrera para el agua y para las sustancias cuyas moléculas tienen carga eléctrica o son polares, es decir, una molécula polar tiene su carga eléctrica repartida de forma desigual. Los fosfolípidos forman una bicapa por sí solos cuando se ponen en agua, y la bicapa que resulta se repara sola. Una aguja muy fina puede atravesar una membrana celular sin reventarla, y la membrana fluye hasta cerrarse de nuevo cuando se saca la aguja.

Cómo se descubrió

La membrana celular se identificó en la década de 1890, y en 1915 se descubrió que estaba formada principalmente por lípidos y proteínas. En 1935, Hugh Davson y James Danielli propusieron que estaba construida como un sándwich, con los lípidos como relleno y las proteínas como el pan. En la década de 1950, los microscopios electrónicos de transmisión mostraron que la parte central de la membrana era una capa doble y no una sola.

En 1972, S. J. Singer y Garth Nicolson propusieron el modelo de mosaico fluido, que sigue siendo el que mejor explica cómo están construidas las membranas y cómo funcionan. Este modelo representa una membrana como un mosaico de fosfolípidos, colesterol, proteínas y carbohidratos que flotan y se deslizan unos junto a otros como piezas sueltas.

Fuentes

• Structure of Lipid Bilayers. Nagle and Tristram-Nagle, Biochimica et Biophysica Acta, 2000.
• Modulation of the Bilayer Thickness of Exocytic Pathway Membranes by Membrane Proteins Rather Than Cholesterol. Mitra et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, 2004.
• What Is the Thickness of the Cell Membrane?. In Cell Biology by the Numbers. Milo and Phillips, Garland Science, 2015.
• Components and Structure. In Biology 2e, 2nd edition. OpenStax, 2018.
• α-helix. In Foundations of Protein Structure. EMBL-EBI Training.
• Conformational Changes and Nuclear Entry of Porcine Circovirus without Disassembly. Wang et al., Journal of Virology, 2019.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.