Fosfolipid çift katmanı, iki molekül derinliğinde bir fosfolipid levhasıdır ve hemen hemen tüm hücre zarlarının temel yapısıdır. Bir taraftaki moleküllerin baş kısımlarının dış kenarından öbür taraftakilere kadar ölçüldüğünde yaklaşık 5 nanometre kalınlığındadır. Bir nanometre, bir metrenin milyarda biridir.

Boyut

Her fosfolipidin suya çekilen bir başı ve sudan kaçınan iki kuyruğu vardır. Çift katmanda başlar iki yandaki suya bakar, kuyruklar ise ortada buluşarak suyu iten bir çekirdek oluşturur. 2000’de gözden geçirilen ölçümler, yaygın bir fosfolipid olan fosfatidilkolinden yapılmış çift katmanların tam kalınlığını, canlı hücrelerde bulunan akışkan halde 4,4–4,7 nanometre olarak ortaya koydu. Daha soğuk ve daha düzenli bir halde bu kalınlık 5,2 nanometreye ulaşır.

Suyu iten çekirdek, akışkan çift katmanın kalınlığının 2,6–2,9 nanometresini oluşturur. Gerçek hücre zarları birçok lipid türünün karışımıdır. 2004’te yayımlanan X ışını ölçümleri, sıçan karaciğer hücrelerinin zarlarında iki taraftaki fosfat grupları arasında 3,6–4,3 nanometre buldu; başlar ise fosfatların biraz ötesine uzanır.

Zarlar ayrıca, zar alanının yaklaşık yarısını kaplayan proteinlerle doludur ve proteinlerin birçoğu zarın iki yanından dışarı taşar. Proteinler de dahil edildiğinde, bütün bir zarın kalınlığı çoğu zaman 5–10 nanometre olarak tarif edilir.

Boyut karşılaştırmaları

• Kuyruk kuyruğa konan iki fosfolipid, her biri yaklaşık 2–2,5 nanometre uzunluğunda olmak üzere, çift katmanın kalınlığını baştan başa kaplar.
• 20–25 amino asitten oluşan, 3–3,75 nanometre uzunluğundaki bir alfa sarmalı, suyu iten çekirdeği geçmeye yetecek kadar uzundur. Zarın içinden geçen proteinler çoğu zaman bunu böyle bir sarmalla yapar.
• 2026 itibarıyla bilinen en küçük virüslerden biri olan bir domuz sirkovirüsü, çift katmanın kalınlığının yaklaşık üç buçuk katı genişliğindedir.
• Üst üste yığılan yaklaşık 20.000 çift katman, bir kâğıt yaprağı kadar kalın, yani yaklaşık 0,1 milimetre kalınlıkta olurdu.
• Bir çift katman, bir kâğıt yaprağının kalınlığına büyütülse, bir insan saçının kalınlığı 1,6–2 metre olurdu.

Çift katmanın işlevi

Çift katman, hücrenin içindeki su ile çözünmüş maddeleri dışarıdakilerden ayırır. Suyu iten çekirdeği, suya ve molekülleri yüklü ya da kutupsal olan maddelere karşı bir engeldir; kutupsal bir molekülde elektrik yükü eşit dağılmamıştır. Fosfolipidler suya konduğunda kendiliğinden bir çift katman oluşturur ve ortaya çıkan yapı kendini onarır. Çok ince bir iğne hücre zarından, zarı patlatmadan geçebilir; iğne geri çekildiğinde zar yeniden birleşir.

Çift katmanın keşfi

Bilim insanları hücre zarını 1890’larda belirledi ve 1915’te zarın esas olarak lipidlerden ve proteinlerden oluştuğunu buldu. 1935’te Hugh Davson ve James Danielli, zarın bir sandviç gibi yapılandığını, lipidlerin iç malzeme, proteinlerin ise ekmek olduğunu öne sürdü. 1950’lerde geçirimli elektron mikroskopları, zarın iç kısmının tek değil çift katmanlı olduğunu gösterdi.

1972’de S. J. Singer ve Garth Nicolson, akışkan mozaik modelini öne sürdü. Bu model, zarların nasıl yapılandığını ve nasıl işlediğini hâlâ en iyi açıklayan modeldir. Modelde zar, fosfolipidlerden, kolesterolden, proteinlerden ve karbonhidratlardan oluşan bir mozaik olarak düşünülür; bu maddeler gevşek karolar gibi yüzer ve birbirinin yanından kayar.

Kaynaklar

• 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.