Uma bicamada de fosfolipídios é uma folha de moléculas de fosfolipídios com duas camadas de profundidade, e é a estrutura básica de quase todas as membranas celulares. Tem cerca de 5 nanômetros de espessura, medida da borda externa das cabeças das moléculas de um lado até a do outro lado. Um nanômetro é um bilionésimo de metro.

Tamanho

Cada fosfolipídio tem uma cabeça atraída pela água e duas caudas que a evitam. Em uma bicamada, as cabeças ficam voltadas para a água em ambos os lados, e as caudas se encontram no meio, formando um núcleo que repele a água. Medições revisadas em 2000 estimaram a espessura total de bicamadas feitas de fosfatidilcolina, um fosfolipídio comum, entre 4,4 e 4,7 nanômetros na forma fluida encontrada em células vivas. Em uma forma mais fria e ordenada, ela chega a 5,2 nanômetros.

O núcleo que repele a água responde por 2,6 a 2,9 nanômetros da espessura da bicamada fluida. As membranas celulares reais misturam muitos tipos de lipídios. Medições por raios X publicadas em 2004 encontraram de 3,6 a 4,3 nanômetros entre os grupos fosfato dos dois lados de membranas de células do fígado de rato, e as cabeças se estendem um pouco além dos grupos fosfato.

As membranas também são repletas de proteínas, que cobrem cerca de metade de sua área, e muitas delas se projetam para além da membrana nos dois lados. Incluindo-as, uma membrana inteira costuma ser descrita como tendo de 5 a 10 nanômetros de espessura.

Comparações de tamanho

• Dois fosfolipídios, cada um com cerca de 2 a 2,5 nanômetros de comprimento, colocados cauda com cauda, cobrem a extensão da bicamada.
• Uma alfa-hélice de 20 a 25 aminoácidos, com 3 a 3,75 nanômetros de comprimento, é longa o suficiente para atravessar o núcleo que repele a água. As proteínas que atravessam membranas costumam fazer isso dessa maneira.
• O circovírus suíno, um dos menores vírus conhecidos até onde se sabe em 2026, tem uma largura cerca de três vezes e meia maior que a espessura da bicamada.
• Cerca de 20.000 bicamadas empilhadas umas sobre as outras teriam a espessura de uma folha de papel, cerca de 0,1 milímetro.
• Se uma bicamada fosse ampliada à espessura de uma folha de papel, um fio de cabelo humano teria de 1,6 a 2 metros de largura.

O que a bicamada faz

A bicamada separa a água e as substâncias dissolvidas dentro de uma célula daquelas fora dela. Seu núcleo que repele a água é uma barreira à água e a substâncias cujas moléculas são carregadas ou polares, sendo que, em uma molécula polar, a carga elétrica está distribuída de forma desigual. Os fosfolipídios formam uma bicamada espontaneamente quando colocados em água, e o resultado se recompõe sozinho. Uma agulha muito fina pode atravessar uma membrana celular sem rompê-la, e a membrana volta a se unir quando a agulha é retirada.

Como foi descoberta

Os cientistas identificaram a membrana celular na década de 1890 e descobriram, em 1915, que ela era formada principalmente por lipídios e proteínas. Em 1935, Hugh Davson e James Danielli propuseram que ela era construída como um sanduíche, com os lipídios como recheio e as proteínas como o pão. Na década de 1950, microscópios eletrônicos de transmissão mostraram que o núcleo da membrana era uma camada dupla, e não uma única camada.

Em 1972, S. J. Singer e Garth Nicolson propuseram o modelo do mosaico fluido, que ainda é a melhor explicação para a estrutura e o funcionamento das membranas. Ele descreve uma membrana como um mosaico de fosfolipídios, colesterol, proteínas e carboidratos que flutuam e deslizam uns em relação aos outros como peças soltas de um mosaico.

Fontes

• 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.