5.1 Struktur & organisasi Lipid bilayer membrane dan Organisasi Struktural Fosfolipid komposisi yang ada dalam sel secara spontan membentuk bilayer fosfolipid seperti lembaran, yang merupakan dua molekul tebal Rantai hidrokarbon dari fosfolipid di setiap lapisan, atau selebaran, membentuk inti hidrofobik itu adalah 3-4 nm tebal di sebagian besar biomembran. Mikroskop elektron bagian membran tipis yang diarnai dengan osmium tetro!ide, yang mengikat kuat ke kelompok kepala kutub fosfolipid, mengungkapkan struktur bilayer "#ambar $ -%&. 'enampang melintang dari semua membran tunggal yang diarnai dengan osmium tetro!ide terlihat seperti (alur kereta api) dua garis gelap tipis "nodakelompok kepala kompleks& dengan ruang cahaya seragam sekitar % nm "ekor hidrofobik& di antara keduanya. *apisan ganda lipid memiliki dua sifat penting. 'e rtama, +nti hidrofobik adalah penghalang kedap yang mencegah difusi at terlarut air "hidrofilik& di seluruh sel selaput. ang ang penting, fungsi penghalang sederhana ini dimodulasi oleh adanya protein membran yang menengahi pengangkutan molekul spesifik melintasi bilayer yang tidak kedap air ini. 'roperti kedua dari bilayer adalah miliknya stabilitas. Struktur bilayer dikelola oleh interaksi hidrofobik dan an der /aals /aals antara rantai lipid. Meski lingkungan berair eksterior bisa bermacam-macamSecara luas kekuatan ion dan p0, bilayer memiliki kekuatanuntuk mempertahankan arsitektur khasnya. Selaput alami dari berbagai (enis sel menun(ukkan berbagai bentuk, yang melengkapi fungsi sel "#ambar $-3&. 'ermukaan fleksibel dari plasma eritrosit Membran memungkinkan sel memeras melalui darah yang sempit kapiler 1eberapa sel memiliki perpan(angan yang pan(ang dan ramping membran plasma, disebut cilium atau flagellum, yang berdetak dengan cara cambuk sekali. #erakan ini menyebabkan cairan mengalir permukaan epitel atau sel sperma untuk berenang meleatinya mediumnya. 2kson banyak neuron terbungkus oleh 1eberapa lapisan membran plasma dimodifikasi disebut sarung myelin. Struktur membran ini di(abarkan oleh sel pendukung yang berdekatan dan memudahkan konduksi impuls saraf dalam (arak (auh "1ab &. Meskipun mereka beragam bentuk dan fungsinya, biomembran ini dan sebagainya biomembran lain memiliki struktur bilayer yang umum. arena semua selaput selaput sela seluruh sel kompartemen internal, mereka memiliki a(ah internal "permukaan yang berorientasi pada interior kompartemen& dan a /a(ah luar "permukaan dipresentasikan ke lingkungan&. *ebih umum lagi, permukaan membran seluler adalah ditun(uk sebagai a(ah sitosolik dan a(ah eksoplasma. +ni nomenklatur berguna untuk menyoroti ekologi topologi a(ah pada membran berbeda, seperti yang digambarkan di dalam #ambar $-4. Misalnya, a(ah eksoplasma plasma membran diarahkan men(auh dari sitosol, menu(u ruang ekstraselular atau lingkungan luar, dan mendefinisikan batas luar sel. 5ntuk organel dan esikel dikelilingi 6en gan satu membran, bagaimanapun, a(ah diarahkan dari sitosol - a(ah eksoplasma - berada di dalam kontak dengan ruang berair internal yang setara dengan ruang ekstraselular. esesuaian ini paling mudah dipahami esikula yang timbul akibat inaginasi membran plasma7 ' roses ini menghasilkan a(ah eksternal membran plasma men(adi a(ah internal membran esikel. 8iga organel - nukleus, mitokondria, dan kloroplas - dikelilingi oleh dua membran7 eksoplasma 9. 1eberapa elas *ipid 6itemukan di 1iomembranes 1iembrane khas dirakit dari fosfogliserida, sphingolipid, dan steroid. Semua tiga kelas lipid
adalah molekul amphipathic yang memiliki kepala polar "hidrofilik& kelompok dan ekor hidrofobik. :fek hidrofobik dan an interaksi der /aals, yang dibahas di 1ab %, menyebabkan ekornya kelompok untuk mengasosiasikan diri men(adi bilayer dengan kepala polar kelompok yang berorientasi pada air "lihat #ambar $-%&. alaupun *ipid membran umum memiliki karakter amphipathic ini 5mumnya, mereka berbeda dalam struktur kimia, kelimpahan, dan fungsinya di dalam membran. Fosfogliserida, lipid lipid paling melimpah di +ndonesia Sebagian besar membran, adalah turunan gliserol 3-fosfat "#ambar $-$a&. Molekul fosfogliserida khas terdiri dari ekor hidrofobik yang tersusun dari du a rantai asil lemak yang diesterifikasi ke dua gugus hidroksil dalam gliserol fosfat dan kelompok kepala polar yang menempel pada kelompok fosfat. 6ua rantai asil lemak mungkin berbeda dalam (umlah karbon yang dikandungnya "umumnya 9; atau 9<& dan dera(atnya dari saturasi "=, 9, atau % ikatan rangkap&. Sebuah phosphogyceride adalah diklasifikasikan sesuai dengan sifat kelompok utamanya. 'ada fosfatidilkolin, fosfolipid paling melimpah di membran plasma, kelompok kepala terdiri dari choline, alkohol bermuatan positif, diesterifikasi ke yang bermuatan negatif fosfat. 'ada fosfogliserida lain, yang mengan dung O0 molekul seperti etanolamin, serin, dan inositol turunan gula terkait de ngan gugus fosfat. elompok fosfat bermuatan negatif dan bermuatan p ositif kelompok atau kelompok hidroksil pada kelompok kepala berinteraksi kuat dengan air. 'lasmalogen adalah kelompok fosfogliserida yang mengandung satu rantai asil lemak, dilekatkan pada gliserol oleh ester linkage, dan satu rantai hidrokarbon pan(ang, dilekatkan pada gliserol oleh eter linkage ">OOO>&. Molekul ini merupakan sekitar %= persen dari total fosfogliserida konten pada manusia elimpahannya berariasi antar (aringan dan spesies tapi sangat tinggi di otak manusia dan (antung tisu. Stabilitas kimia tambahan dari hubungan eter dalam plasmalogens atau perbedaan halus dalam struktur threedimensional mereka dibandingkan dengan fosfogliserida lainnya mungkin memiliki fisiologis yang belum dikenali. makna. elas kedua lipida membran adalah sphingolipid. Semua senyaa ini berasal dari sphingosine, an amino alkohol dengan rantai hidrokarbon yang pan(ang, dan mengandung a asam lemak rantai pan(ang yang menempel pada amino sphingosine kelompok. 6alam sphingomyelin, sphingolipid paling melimpah, phosphocholine melekat pada gugus hidroksil terminal dari sphingosine "#ambar $-$b&. ?adi sphingomyelin adalah fosfolipid, dan struktur keseluruhannya sangat mirip dengan itu fosfatidilkolin Sparingolipid lainnya tidak ampuh glikolipid yang memiliki gugus kepala kutub adalah gula. #lucosylcerebroside, glycosphingolipid paling sederhana, mengandung satu unit glukosa melekat pada sphingosine. 'ada glikosfingolipid kompleks yang disebut gangliosida, satu atau dua bercabang rantai gula yang mengandung gugus asam sialat melekat. phingosine #likolipid merupakan %-9= persen dari total lipida dalam membran plasma7 Mereka paling banyak ada di (aringan saraf. olesterol dan turunannya merupakan kelas penting ketiga lipida membran, steroid. 6asar Struktur steroid adalah hidrokarbon empat cincin. olesterol, penyusun steroid utama (aringan hean, memiliki substituen hidroksil pada satu cincin "#ambar $-$c&. Meski kolesterol hampir seluruhnya hidrokarbon dalam komposisi, memang amphipathic karena kelompok hidroksilnya bisa berinteraksi dengannya air. olesterol sangat melimpah di membran plasma sel mamalia namun tidak ada pada sebagian besar sel prokariotik. Sebanyak 3=-$= persen lipida di tanaman Membran plasma terdiri dari steroid tertentu yang unik tanaman. 'ada p0 netral, beberapa fosfogliserida "misalnya, fosfatidilkolin dan fosfatidiletanolamina& tidak membaa (aring muatan listrik, sedangkan yang lainnya "misalnya, fosfatidylinositol dan
fosfatidilserin& membaa satu muatan negatif tunggal. Meskipun demikian, kelompok kepala kutub dalam semua fosfolipid bisa 1erkemaslah ke dalam struktur bilayer yang khas. Sphingomyelins serupa bentuknya dengan phosphoglycerides dan bisa membentuk bilayer campuran dengan mereka. olesterol dan lainnya steroid terlalu hidrofobik untuk membentuk struktur bilayer kecuali (ika dicampur dengan fosfolipid. %. Kebanyakan Lipid dan Banyak Protein Bergerak dalam Biomembran bidang dua dimensi dari sebuah bilayer, gerakan termal memungkinkan molekul lipida berputar bebas di sekitar sumbu pan(ang dan untuk berdifusi secara lateral di dalam setiap selebaran. arena gerakan semacam itu bersifat lateral atau rotasi, rantai asil lemak tetap berada bagian hidrofobik bilayer. 'ada membran alami dan buatan, pertukaran molekul lipid khas ter(adi dengan tetangganya di selebaran sekitar 9= kali per detik dan berdifusi beberapa mikrometer per detik pada suhu 3 >. 8ingkat difusi ini menun(ukkan baha iskositas bilayer adalah 9== kali sama besarnya dengan air - hampir sama dengan iskositasnya minyak aitun. Meskipun lipid menyebar lebih lambat di lapisan ganda 6ari pada pelarut berair, lipida membran bisa meredakan 'an(ang sel bakteri khas "9 m& hanya dalam 9 detik dan pan(ang sel hean dalam aktu sekitar %= detik. #erakan lateral protein membran plasma spesifik dan lipid dapat dihitung dengan teknik yang disebut pemulihan fluoresensi setelah fotobleaching "FR2'&. 6engan ini metode, di(elaskan pada #ambar $-;, tingkat di mana membran molekul lipid atau protein bergerak-koefisien difusi- dapat ditentukan, serta proporsi molekul yang secara lateral mobile. 0asil studi FR2' dengan label fluoresensi fosfolipid telah menun(ukkan baha, pada membran plasma fibroblas, semua fosfolipid bebas bergerak (arak (auh sekitar =,$ m, tapi kebanyakan tidak bisa berdifusi lebih lama (arak. 8emuan ini menun(ukkan baha daerah kaya protein di +ndonesia membran plasma, berdiameter sekitar 9 m, terpisah daerah kaya lipid yang mengandung sebagian besar membran fosfolipid. Fosfolipid bebas berdifusi demikian sebuah daerah namun tidak dari satu daerah kaya lipid ke yang berdekatan satu. Selan(utnya, tingkat difusi lipida lateral di membran plasma hampir urutan besarnya lebih lambat daripada pada bilayer fosfolipid murni) konstanta difusi 9= < cm% @ s dan 9= cm% @ s adalah karakteristik plasma membran dan bilayer lipid, masingmasing. 'erbedaan ini menun(ukkan baha lipid mungkin erat tapi tidak terikat secara ireersibel untuk protein integral tertentu di beberapa membran. 3.Komposisi Lipid Mempengaruhi Sifat Fisik Membran Sel biasa mengandung berbagai (enis membran, masing-masing sifat unik yang diberikan oleh campuran lipida tertentu dan protein. 6ata pada 8abel $-9 mengilustrasikan ariasi dalam komposisi lipid di antara biomembran yang berbeda. 1eberapa fenomena berkontribusi pada perbedaan ini. Misalnya, perbedaan antara membran pada retikulum endoplasma ":R& dan #olgi sebagian besar di(elaskan oleh fakta baha fosfolipid disintesis di 5#6, sedangkan sphingolipid disintesis di #olgi. 2kibatnya, proporsi sphingomyelin sebagai persentase total membran Fosfor lipid sekitar enam kali lebih tinggi pada membran #olgi seperti pada membran R:. 6alam kasus lain, translokasi membran dari satu kompartemen seluler ke ang lain dapat secara selektif memperkaya selaput lemak tertentu. 'erbedaan dalam komposisi lipid mungkin (uga sesuai
spesialisasi fungsi membran. Misalnya, membran plasma sel epitel absorptif yang melapisi usus menun(ukkan dua daerah yang berbeda) permukaan apikal lumen usus dan terkena berbagai kondisi eksternal yang berariasi7 permukaan basolateral berinteraksi dengan y ang lainnya sel epitel dan dengan struktur ekstraseluler yang mendasarinya "lihat #ambar ;-$&. 6alam sel terpolarisasi ini, rasio sphingolipid terhadap fosfogliserida terhadap kolesterol di basolateral membran adalah =,$) 9,$) 9, kira-kira setara dengan yang di membran plasma sel khas yang tidak terpolarisasi stres ringan Sebaliknya, membran apikal intestinal sel, yang mengalami tekanan yang cukup besar, menun(ukkan a Rasio lemak 9) 9) 9 ini. onsentrasi yang relatif tinggi Spearolipid pada membran ini d apat meningkatkan stabilitasnya emampuan lipid untuk berdifusi secara lateral dalam bilayer mengindikasikan itu bisa bertindak sebagai cairan. 8ingkat fluiditas bilayer tergantung pada komposisi lipid, struktur ekor hidrofobik fosfolipid, dan suhu. Seperti telah dicatat, an der Sumbu interaksi dan efek hidrofobik menyebabkan ekor nonpolar fosfolipid men(adi agregat. *emak pan(ang dan (enuh 2sil rantai memiliki kecenderungan terbesar untuk agregat, pengepakan erat men(adi negara seperti gel. Fosfolipid dengan singkat rantai asil lemak, yang memiliki luas permukaan kurang untuk interaksi, membentuk bilayers yang lebih cair. 1egitu (uga dengan kinks y ang tak (enuh rantai asil lemak menghasilkan an der yang tidak stabil Suka berinteraksi dengan lipid lain daripada rantai (enuh dan karenanya lebih banyak bilayer cairan. Saat yang sangat teratur, seperti gel bilayer dipanaskan, peningkatan gerakan molekul lemak 2sil ekor menyebabkannya mengalami transisi ke keadaan yang lebih cair dan tidak teratur "#ambar $-&. 'ada suhu fisiologis yang biasa, interior hidrofobik membran alami umumnya memiliki iskositas rendah dan semacam cairan, bukan seperti gel, konsistensi. olesterol penting dalam men(aga fluiditas alami membran, yang tampaknya penting untuk sel normal pertumbuhan dan reproduksi. Seperti disebutkan sebelumnya, kolesterol tidak bisa membentuk bilayer seperti sheet sendiri. 'ada konsentrasi yang ditemukan pada membran alami, kolesterol diselingi "disisipkan& di antara fosfolipid. olesterol membatasi pergerakan acak kelompok kepala fosfolipid di permukaan luar selebaran, namun pengaruhnya pada gerakan :kor pan(ang fosfolipid bergantung pada konsentrasi. 'ada onsentrasi kolesterol biasa, interaksi antara >incin steroid dengan ekor hidrofobik pan (ang fosfolipid cenderung melumpuhkan lipid ini dan dengan demikian menurun fluiditas biomembrane 'ada konsentrasi kolesterol rendah, Aamun, cincin steroid memisahkan dan menyebarkan ekor fosfolipid, menyebabkan daerah dalam membran men(adi sedikit lebih cair. omposisi lipid dari bilayer (uga mempengaruhi ketebalannya, yang pada gilirannya dapat berperan dalam pelokalisasi protein men(adi a membran tertentu. 0asil penelitian pada membran buatan menun(ukkan baha sphingomyelin berasosiasi men(adi amber seperti gel dan bilayer lebih tebal dari pada fosfolipid "#ambar $-
yang menurunkan fluiditas membran meningkatkan ketebalan membran. arena ekor sphingomyelin sudah stabil secara optimal, 'enambahan kolesterol tidak berpengaruh pada ketebalan a sphingomyelin bilayer. 'roperti lain tergantung pada komposisi lipida dari bilayer adalah kelengkungan lokalnya, yang bergantung pada ukuran relatif dari kelompok kepala kutub dan ekor nonpolar dari fosfolipid penyusunnya. *ipid dengan ekor pan(ang dan kelompok kepala besar berbentuk silindris7 mereka yang kecil elompok kepala berbentuk kerucut "#ambar $-
a(ah #olgi, yang men(adi a(ah eksoplasma membran plasma. Sebaliknya, fosfogliserida disintesis pada permukaan sitosolik membran R:, yaitu secara topologis identik dengan a(ah sitosol plasma membran "lihat #ambar $-4&. ?elas, pen(elasan ini tidak tidak memperhitungkan lokasi preferensi fosfatidilkolin dalam selebaran eksoplasma. #erakan fosfogliserida ini dan mungkin yang lainnya dari satu selebaran ke selebaran lainnya 'ada beberapa membran alami dikatalisis oleh protein transport 28'poered tertentu yang disebut flippases *okasi lipid istimea pada satu a(ah bilayer diperlukan untuk berbagai fungsi berbasis membran. Misalnya, kelompok kepala dari semua bentuk terfosforilasi phosphatidylinositol menghadapi sitosol. 8ertentu dari mereka dibelah oleh fosfolipase > yang terletak di sitosol7 :nim ini pada gilirannya diaktifkan sebagai hasil stimulasi sel oleh banyak hormon 1elahan ini menghasilkan sitosol-larut phosphoinositol dan diacylglycerol yang larut dalam air. Sebagai kita lihat di bab-bab selan(utnya, molekul-molekul ini berpartisipasi dalam (alur pensinyalan intraselular yang mempengaruhi banyak aspek metabolisme seluler. 'hosphatidylserine (uga biasanya paling banyak melimpah di selebaran sitosolik membran plasma. 'ada tahap aal stimulasi platelet oleh serum, phosphatidylserine dialokasi secara singkat ke a(ah eksoplasma, Mungkin oleh enim flippase, di mana ia mengaktifkan enim berpartisipasi dalam pembekuan darah $. lasifikasi olesterol dan Sphingolipids dengan 'rotein 8ertentu pada Mikroorganisme Membran 0asil penelitian terbaru telah menantang yang telah lama digelar keyakinan baha lipid dicampur secara acak di setiap selebaran bilayer. 'etun(uk pertama baha lipid dapat diatur dalam Selebaran adalah penemuan residu yang tersisa setelahnya ekstraksi membran plasma dengan deter(en mengandung dua lipid) kolesterol dan sphingomyelin. arena keduanya lipid ditemukan di bilayer yang lebih teratur dan tidak banyak, peneliti berhipotesis baha mereka membentuk mikrodomains, disebut rakit lipid, dikelilingi oleh fosfolipid lain yang lebih cair yang mudah diekstraksi dengan deter(en. 1ukti biokimia dan mikroskopik mendukung adanya rakit lipid pada membran alami. Misalnya, mikroskop fluoresensi menun(ukkan agregat lipid dan protein spesifik rakit di membran "#ambar $-9=&. +tu Rakit berukuran heterogen namun biasanya berukuran $= nm diameter. Rakit dapat terganggu oleh metil- siklodekstrin, yang menghabiskan selaput kolesterol, atau dengan antibiotik, seperti filipin, yaitu penyerapan kolesterol7 8emuan tersebut mengindikasikan pentingnya kolesterol men(aga integritas rakit ini. Selain pengayaan mereka dengan kolesterol dan sphingolipids, rakit lipid diperkaya bagi banyak orang (enis protein reseptor sel-permukaan, serta banyak protein pensinyalan yang mengikat reseptor dan diaktifkan oleh mereka. ompleks protein lipid ini hanya bisa terbentuk di lingkungan dua dimensi dari bilayer hidrofobik dan, Seperti dibahas di bab-bab selan(utnya, mereka berpikir untuk memfasilitasi deteksi sinyal kimia dari lingkungan luar dan aktiasi ke(adian sitosolik selan(utnya.
1ukunya 2lbert *ipid 1ilayer pendahuluan Lapisan ganda lipid telah ditetapkan dengan kuat sebagai dasar universal untuk struktur membran sel. Saya t mudah dilihat oleh mikroskop elektron biasa, meski teknik khusus, seperti sinar-x Difraksi dan mikroskop elektron pembekuan, diperlukan untuk mengungkapkan rinciannya organisasi. Struktur bilayer disebabkan oleh sifat khusus dari molekul lipid, yang menyebabkan mereka berkumpul secara spontan ke dalam bilayers bahkan dalam kondisi buatan sederhana. 1.
2.
Membran Lipid Adalah Molekul Amphipathic, Sebagian besar Yang secara Spontan membentuk Bilayers Molekul lipid tidak larut dalam air namun larut dengan mudah dalam pelarut organik. Mereka merupakan sekitar 50% massa membran sel hean kebanyakan, hampir semuanya merupakan protein. Ada sekitar 5 ! "0# molekul lipid dalam area " $m ! " $m lipid bilayer, atau sekitar "0 molekul lipid dalam membran plasma sel hean kecil. Semua molekul lipid di dalamnya membran sel adalah amphipathic &atau amphiphilic' ( yaitu, mereka memiliki hidro)ilik &*ater(lo+ing,* atau kutub' dan uung hidro)obik &*membungkam air,* atau nonpolar'. Yang paling melimpah adalah )os)olipid. -ni memiliki kelompok kepala polar dan dua ekor hidrokarbon hidro)obik &ambar "0( /'. kor biasanya asam lemak, dan panangnya bisa berbeda &biasanya mengandung antara keduanya "1 dan /1 atom karbon'. Satu ekor biasanya memiliki satu atau lebih ikatan cis(double &yaitu, itu adalah tak enuh', sedangkan ekor lainnya tidak &yaitu enuh'. Seperti ditunukkan pada ambar"0(/, Setiap ikatan rangkap menciptakan kink kecil di ekornya. 2erbedaan panang dan saturasi kor asam lemak penting karena mempengaruhi kemampuan molekul )os)olipid untuk berkemas melaan satu sama lain, dan untuk alasan ini mereka mempengaruhi )luiditas membran &dibahas di baah'. -ni adalah bentuk dan si)at amphipatik dari molekul lipida yang menyebabkannya membentuk lapisan ganda secara spontan dalam larutan encer. 3etika molekul lipid dikelilingi di semua sisi oleh air, Mereka cenderung agregat sehingga ekor hidro)obik mereka terkubur di pedalaman dan isinya 3epala hidro)ilik terkena air. Bergantung pada bentuknya, mereka bisa melakukan ini di salah satu dua cara4 mereka bisa membentuk misel bulat, dengan ekor ke dalam, atau mereka bisa membentuk bimolekuler lembaran, atau bilayer, dengan ekor hidro)obik yang terepit di antara kelompok kepala hidro)ilik &ambar "0('. 3arena bentuknya yang silindris, membran molekul )os)olipid terbentuk secara spontan bilayers di lingkungan berair. Selain itu, lapisan ganda lipid ini cenderung tertutup pada diri mereka sendiri bentuk kompartemen tertutup, sehingga menghilangkan tepi bebas dimana ekor hidro)obik akan berada kontak dengan air. 6ntuk alasan yang sama, kompartemen yang dibentuk oleh lapisan ganda lipid cenderung untuk diulang kembali saat mereka robek Lipid Bilayer Merupakan 7airan 8ua 8imensi Baru pada aal tahun "90an, pertama(tama diketahui baha molekul lipid indi+idu mampu melakukannya berdi)usi secara bebas di dalam bilayers lipid. 8emonstrasi aal datang dari studi lipid sintetis bilayers 8ua enis bilayer sintetis telah sangat berguna dalam penelitian eksperimental4 &"' bilayers dibuat dalam bentuk +esikel bulat, yang disebut liposom, yang dapat ber+ariasi ukurannya dari sekitar /5 nm sampai " mikron diameter tergantung pada bagaimana mereka diproduksi &ambar"0(1': dan &/' bilayer planar, yang disebut membran hitam, terbentuk di sebuah lubang di sebuah partisi antara dua kompartemen berair &ambar "0(5'. Berbagai teknik telah digunakan untuk mengukur gerak molekul lipid indi+idu dan )ungsinya bagian yang berbeda. Seseorang dapat membuat molekul lipid, misalnya, yang membaa kelompok kepala polar a *label spin*, seperti gugus nitroksil &; <(=': ini mengandung elektron yang tidak berpasangan
yang berputar menciptakan sinyal paramagnetik yang dapat dideteksi dengan electron spin resonance &S>' spektroskopi &2rinsip teknik ini mirip dengan magnet inti resonansi, yang dibahas di Bab 1.' erakan dan orientasi lipid berlabel spin di bilayer dapat disimpulkan dari spektrum S>. Studi semacam itu menunukkan baha )os)olipid Molekul dalam bilayers sintetis sangat arang bermigrasi dari monolayer di satu sisi ke sisi yang sama lain. 2roses ini, yang disebut *)lip()lop,* teradi kurang dari sekali dalam sebulan untuk setiap molekul indi+idu. 8i sisi lain, molekul lipid mudah bertukar tempat dengan tetangganya ithina monolayer &? "09 kali per detik'. @al ini menimbulkan di)usi lateral yang cepat, dengan di)usi koe)isien &8' sekitar "0(cm/ det, yang berarti baha molekul lipida rata(rata berdi)usi panang sel bakteri besar &? / $m' dalam aktu sekitar " detik. Studi ini uga menunukkan hal itu Molekul lipid indi+idu berputar sangat cepat dengan sumbu panang dan hidrokarbonnya rantai )leksibel. Studi serupa telah dilakukan dengan molekul lipid berlabel pada biologis terisolasi membran dan sel utuh yang relati) sederhana seperti mikoplasma, bakteri, dan sel darah merah nonnukleat. @asilnya umumnya sama seperti untuk bilayers sintetis, dan mereka menunukkan baha komponen lipida dari membran biologis adalah cairan dua dimensi yang molekul penyusun bebas bergerak lateral: seperti pada bilayers sintetis, indi+idual Molekul )os)olipid biasanya terbatas pada monolayer mereka sendiri. 3urungan ini menciptakan a masalah untuk sintesis mereka Molekul )os)olipid disintesis hanya dalam satu monolayer a membran, terutama diproduksi dalam monolayer sitosolik retikulum endoplasma &>' selaput: Cika tidak satu pun dari molekul yang baru dibuat ini dapat bermigrasi ke separuh lipid lainnya bilayer, bilayer baru tidak bisa dibuat. Masalahnya dipecahkan oleh kelas khusus enDim terikat(>membrane yang disebut translator )os)olipid, yang mengkatalisis rapid )lop )lop dari )os)olipid spesi)ik dari monolayer di mana mereka dibuat ke monolayer yang berlaanan, seperti dibahas. . Eluiditas Lapis Baa Lipid Bergantung pada 3omposisinya 3etepatan )luiditas membran sel secara biologis penting. Fransportasi membran tertentu proses dan akti+itas enDim, misalnya, dapat ditunukkan untuk berhenti saat +iskositas bilayer secara eksperimental meningkat melampaui tingkat ambang batas. Eluktuasi lapisan ganda lipid tergantung pada baik komposisi dan suhu, seperti yang mudah ditunukkan dalam studi tentang bilayer sintetik. Sebuah bilayer sintetis terbuat dari satu enis perubahan )os)olipid dari keadaan cair menadi kaku keadaan kristal &atau gel' pada titik beku karakteristik. 2erubahan keadaan ini disebut )ase transisi, dan suhu di mana ia teradi lebih rendah &yaitu, membran menadi lebih sulit dibekukan' ika rantai hidrokarbon pendek atau memiliki ikatan rangkap. >antai yang lebih pendek panang mengurangi kecenderungan ekor hidrokarbon untuk berinteraksi satu sama lain, dan cis( double =bligasi menghasilkan kinks dalam rantai hidrokarbon yang membuat mereka lebih sulit berkemas bersama baha membran tetap cair pada suhu yang lebih rendah &ambar "0(9'. Bakteri, ragi, dan lainnya organisme yang suhu tubuhnya ber)luktuasi dengan lingkungannya menyesuaikan asam lemaknya komposisi lipida membran mereka sehingga dapat mempertahankan )luiditas yang relati) konstan: sebagai Suhu turun, misalnya, asam lemak dengan ikatan cis(double lebih banyak disintesis, sehingga penurunan )luiditas bilayer yang seharusnya dihasilkan dari penurunan suhu dihindari. Lapisan ganda lipid dari banyak membran sel tidak seluruhnya terdiri dari )os)olipid: Seringkali uga mengandung kolesterol dan glikolipid. Membran plasma eukariotik mengandung terutama seumlah besar kolesterol &ambar "0(' ( sampai satu molekul untuk setiap )os)olipid molekul. Molekul kolesterol meningkatkan si)at penghambat permeabilitas lipida bilayer Mereka mengarahkan diri mereka ke dalam bilayer dengan kelompok hidroksil mereka yang dekat dengan kepala kutub kelompok molekul )os)olipid: 7incin steroid kaku dan platelike mereka berinteraksi ( dan sebagian lagi
melumpuhkan ( daerah rantai hidrokarbon yang paling dekat dengan kelompok kepala polar &ambar "0('. 8engan mengurangi mobilitas beberapa kelompok 7@/ pertama dari rantai hidrokarbon molekul )os)olipid, kolesterol membuat lapisan ganda lipid kurang dapat berubah bentuk di ilayah ini dan dengan demikian menurunkan permeabilitas lapisan ganda ke molekul larut air kecil. Meskipun 3olesterol cenderung membuat lipid bilayers kurang cair, pada konsentrasi tinggi paling banyak ditemukan membran plasma eukariotik uga mencegah rantai hidrokarbon tidak bersatu dan mengkristal 8engan cara ini, ia menghambat transisi )asa yang mungkin teradi. 3omposisi lemak beberapa membran biologis dibandingkan pada Fabel "0(". 2erhatikan itu Selaput plasma bakteri sering tersusun dari satu enis utama )os)olipid dan mengandung tidak ada kolesterol: 3estabilan mekanis membran ini diperkuat oleh dinding sel di atasnya &lihat ambar ""("1'. Selaput plasma sel eukariotik yang paling, sebaliknya, lebih banyak Beragam, tidak hanya mengandung kolesterol dalam umlah besar, tapi uga mengandung campuran berbeda )os)olipid mpat )os)olipid utama mendominasi membran plasma banyak sel mamalia4 phosphatidylcholine, sphingomyelin, phosphatidylserine, dan phosphatidylethanolamine. Struktur molekul ini ditunukkan pada ambar "0("0. 7atatan baha hanya phosphatidylserine yang membaa muatan negati) bersih, yang penting yang akan kita lihat kemudian: tiga lainnya secara elektrik netral pada p@ )isiologis, membaa satu positi) dan satu muatan negati) Bersama keempat )os)olipid ini membentuk lebih dari setengah massa lipida Sebagian besar membran &lihat Fabel "0("'. Eos)olipid lainnya, seperti )os)olipid inositol @adir dalam umlah yang lebih kecil namun )ungsinya sangat penting. Eos)olipid inositol memiliki a peran penting dalam pensinyalan sel, seperti yang dibahas pada Bab "5. =rang mungkin bertanya(tanya mengapa membran eukariotik mengandung berbagai macam )os)olipid, dengan kepala kelompok yang berbeda dalam ukuran, bentuk, dan biaya. Seseorang bisa mulai mengerti mengapa ika seseorang memikirkannya lipida membran sebagai pelarut dua dimensi untuk protein di membran, seperti air merupakan pelarut tiga dimensi untuk protein dalam larutan berair. Seperti yang kita Akan terlihat, beberapa protein membran hanya dapat ber)ungsi dengan adanya )os)olipid spesi)ik kelompok kepala, seperti banyak enDim dalam larutan berair memerlukan ion tertentu untuk akti+itas. 5. Lipid Bilayer Adalah Asymmetrica omposisi lemak dari dua bagian lapisan ganda lipid di membran yang telah ada dianalisis sangat berbeda. !ada membran sel darah merah manusia, misalnya, hampir semuanya molekul lipid yang memiliki kolin - "#$%& %' ( #$)#$)*$ - di kelompok kepala mereka "yaitu, phosphatidylcholine dan sphingomyelin& berada di bagian luar lipid bilayer, sedangkan hampir semua molekul fosfolipid yang mengandung gugus amino utama terminal "phosphatidylethanolamine dan phosphatidylserine& berada di bagian dalam "+ambar &. arena fosfatidilserin yang bermuatan negatif terletak di monolayer bagian dalam, ada yang signikan !erbedaan muatan antara dua bagian bilayer. Sebagian besar membran pada sel eukariotik, termasuk membran plasma, disintesis di dalamnya retikulum endoplasma "/0&, dan di sinilah asimetri fosfolipid dihasilkan oleh translokator fosfolipid di 1+D yang memindahkan molekul fosfolipid spesik dari satu monolayer ke yang lain "dibahas di Bab )&. Asimetri lipid ini bisa berfungsi secara fungsional penting. !rotein protein kinase #, misalnya, diaktifkan sebagai respons terhadap berbagai
sinyal ekstraselular2 3ni berikatan dengan permukaan sitoplasma membran plasma, di mana phosphatidylserine terkonsentrasi, dan mensyaratkan fosfolipid bermuatan negatif ini untuk bertindak. Demikian pula, fosfolipid inositol spesik terkonsentrasi di setengah sitoplasma membran plasma sel eukariotik. 4osfolipid kecil ini dibelah men5adi dua fragmen oleh en6im spesik yang diaktifkan oleh sinyal ekstraselular. edua fragmen tersebut kemudian beraksi di dalam sel sebagai mediator yang di7usible untuk membantu menyampaikan sinyal ke dalam interior sel, seperti yang akan kita bahas di dalamnya. 5. +likolipid Ditemukan di !ermukaan Semua 8embran !lasma Molekul lipid yang menunukkan asimetri yang paling mencolok dan konsisten dalam distribusi di sel Membran adalah molekul lipid yang mengandung gu la yang disebut glikolipid. -ni menarik molekul ditemukan secara eksklusi) di separuh non(plasmik dari lapisan ganda lipid, di mana mereka berada berpikir untuk mengasosiasikan diri menadi mikroagregat dengan membentuk ikatan hidrogen satu sama lain. 8i membran plasma kelompok gula mereka terpapar pada permukaan sel &lihat ambar"0(""', menunukkan beberapa peran dalam interaksi sel dengan lingkungannya. 8istribusi asimetris dari glikolipid di bilayer hasil dari penambahan kelompok gula ke molekul lipid di lumen aparatus olgi, yang secara topologis setara dengan bagian luar sel &dibahas di Bab "'. likolipid mungkin teradi pada semua membran plasma sel hean, umumnya mengandung sekitar 5% dari molekul lipid di monolayer luar. Mereka uga ditemukan di beberapa intraselular membran. likolipid yang paling kompleks, gangliosida, mengandung oligosakarida dengan satu atau lebih residu asam sialat, yang memberi gangliosida muatan negati) netto &ambar "0("/'. angliosida paling melimpah di membran plasma sel sara), di mana mereka membentuk 5( "0% dari massa lipid total, meskipun umlahnya uga banyak ditemukan di sebagian besar sel enis. Seauh ini lebih dari 10 gangliosida berbeda telah diidenti)ikasi. $anya ada petun5uk tentang fungsi glikolipid apa adanya. emungkinan petun5uk berasal lokalisasi mereka9 di membran plasma sel epitel, misalnya glikolipid terbatas ke permukaan apikal, di mana mereka dapat membantu melindungi selaput dari kondisi yang keras "seperti p$ rendah dan en6im degradatif& sering ditemukan di sana. Dibebankan glycolipids, seperti gangliosida, mungkin penting untuk efek listriknya9 kehadiran mereka akan mengubah listrik melintasi membran dan konsentrasi ion - terutama #a) ( - pada bagian luarnya permukaan. +likolipid mungkin 5uga berperan dalam isolasi listrik, karena di membran mielin, yang secara elektrik mengisolasi akson sel saraf, separuh noncytoplasmic dari bilayer diisi mereka. 8ereka 5uga dianggap berfungsi dalam proses pengenalan sel. +8 gangliosida "lihat +ambar -)&, misalnya, bertindak sebagai reseptor permukaan sel untuk toksin bakteri yang menyebabkan melemahkan diare kolera. :oksin kolera berikatan dan masuk hanya sel yang memiliki +8 di permukaannya, termasuk sel epitel usus. 8asuknya ke dalam sel menyebabkan berkepan5angan peningkatan konsentrasi A8! siklik intraseluler "dibahas pada Bab ;&, yang pada gilirannya menyebabkan e
cepat menyebar dalam monolayer mereka sendiri. ebanyakan 5enis molekul lipid, bagaimanapun, sangat 5arang
