Ett fosfolipiddubbelskikt är ett ark av fosfolipidmolekyler, två skikt tjockt, och det är grundstrukturen i nästan alla cellmembran. Det är ungefär 5 nanometer tjockt, mätt från ytterkanten av molekylernas huvuden på ena sidan till huvudena på den andra. En nanometer är en miljarddel av en meter.

Storlek

Varje fosfolipid har ett huvud som dras till vatten och två svansar som undviker vatten. I ett dubbelskikt vetter huvudena mot vattnet på var sin sida och svansarna möts i mitten och bildar en vattenavstötande kärna. Mätningar som granskades år 2000 anger att den totala tjockleken hos dubbelskikt av fosfatidylkolin, en vanlig fosfolipid, är 4,4–4,7 nanometer i den flytande form som finns i levande celler. I en kallare, mer ordnad form är den 5,2 nanometer.

Den vattenavstötande kärnan utgör 2,6–2,9 nanometer av det flytande dubbelskiktets tjocklek. Verkliga cellmembran består av en blandning av många sorters lipider. Röntgenmätningar som publicerades 2004 visade 3,6–4,3 nanometer mellan fosfatgrupperna på de två sidorna av membran från leverceller från råtta, och huvudena når en bit utanför fosfaterna.

Membran är också fullpackade med proteiner, som täcker ungefär hälften av ett membrans yta, och många av proteinerna sticker ut på båda sidor om membranet. Med dem inräknade beskrivs ett helt membran ofta som 5–10 nanometer tjockt.

Storleksjämförelser

• Två fosfolipider, vardera cirka 2–2,5 nanometer långa, lagda svans mot svans, spänner över dubbelskiktet.
• En alfahelix på 20–25 aminosyror, 3–3,75 nanometer lång, är tillräckligt lång för att korsa den vattenavstötande kärnan. Proteiner som går igenom membran gör ofta så.
• Ett porcint circovirus, ett av de minsta kända virusen år 2026, är ungefär tre och en halv gång så brett som dubbelskiktet är tjockt.
• Cirka 20 000 dubbelskikt, staplade på varandra, skulle vara lika tjocka som ett pappersark, som är cirka 0,1 millimeter tjockt.
• Om ett dubbelskikt förstorades till tjockleken av ett pappersark, skulle ett människohår vara 1,6–2 meter brett.

Vad dubbelskiktet gör

Dubbelskiktet skiljer vattnet och de lösta ämnena inuti en cell från dem utanför. Dubbelskiktets vattenavstötande kärna är en barriär mot vatten och mot ämnen vars molekyler är laddade eller polära, där en polär molekyls elektriska laddning är ojämnt fördelad. Fosfolipider bildar ett dubbelskikt av sig själva när de läggs i vatten, och resultatet läker sig självt. En mycket fin nål kan passera genom ett cellmembran utan att spräcka det, och membranet flyter ihop igen när nålen dras ut.

Så upptäcktes det

Forskare identifierade cellmembranet på 1890-talet och kom år 1915 fram till att det huvudsakligen bestod av lipider och proteiner. År 1935 föreslog Hugh Davson och James Danielli att det var uppbyggt som en smörgås, med lipider som pålägg och proteiner som bröd. På 1950-talet visade transmissionselektronmikroskop att membranets kärna var ett dubbelt skikt snarare än ett enkelt.

År 1972 föreslog S. J. Singer och Garth Nicolson den flytande mosaikmodellen, som fortfarande bäst förklarar hur membran är uppbyggda och fungerar. Modellen beskriver ett membran som en mosaik av fosfolipider, kolesterol, proteiner och kolhydrater som flyter och glider förbi varandra som lösa plattor.

Källor

• 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.