BIOKIMIA 4 (LIPID 4) STKIP MUHAMMADIYAH SORONG

4. Fosfolipid dan glikolipid mudah membentuk lembaran bimolekular di media berair

Pembentukan membran adalah konsekuensi dari sifat amphipathic dari molekul. Gugus polar kepala mereka mendukung kontak dengan air, sedangkan ekor hidrokarbon mereka berinteraksi dengan satu sama lain, dalam preferensi untuk air. Salah satu cara untuk membentuk misel adalah sebuah struktur bundar di mana gugus kepala polar dikelilingi oleh air dan ekor hidrokarbon yang diasingkan di dalam, berinteraksi dengan satu sama lain (Gambar. 9). Atau, preferensi sangat menentang dari gugus hidrofilik dan hidrofobik membran lipid dapat dengan membentuk bilayer lipid, terdiri dari dua lembar lipid (Gambar. 10). Sebuah lapisan ganda lipid juga disebut lembar Bimolekular. Ekor hidrofobik dari setiap lembar individu berinteraksi dengan satu sama lain, membentuk suatu hidrofobik interior yang bertindak sebagai penghalang permeabilitas. Gugus kepala hidrofilik berinteraksi dengan media berair pada setiap sisi dari bilayer. Dua lembar yang berlawanan disebut selebaran. 

Gambar. 9. Diagram dari Bagian suatu misel. Asam lemak terionisasi mudah membentuk struktur seperti itu, tapi kebanyakan tidak terjadi pada fosfolipid.

Gambar. 10. Diagram bagian dari membran bilayer.

I. The

Struktur disukai untuk kebanyakan fosfolipid dan glikolipid dalam media air yakni lembaran Bimolekular daripada misel. Alasannya adalah bahwa dua rantai asil lemak dari fosfolipid atau glikolipid yang terlalu besar untuk masuk ke bagian dalam dari suatu misel. Sebaliknya, garam-garam dari asam lemak (seperti natrium palmitat, merupakan konstituen dari sabun), yang berisi hanya satu rantai, mudah bentuk misel. Pembentukan bilayers bukan misel oleh fosfolipid adalah biologis kritis penting. Sebuah misel adalah struktur yang terbatas, biasanya diameter kurang dari 20 nm (200 Å). Sebaliknya, lembar Bimolekular dapat memiliki dimensi makroskopik, mencapai106 nm, atau 107 Å. Fosfolipid dan molekul terkait membran merupakan konstituen penting karena mereka siap membentuk lembaran Bimolekular yang luas (Gambar. 11). 

Gambar. 11. Model ruang-isi Seksi dari membran fosfolipid bilayer.

Pembentukan bilayers lipid melalui proses self-assembly. Dengan kata lain, struktur lembar Bimolekular melekat dalam struktur molekul konstituen lipid. Pertumbuhan bilayers lipid dari fosfolipid adalah cepat dan proses spontan dalam air. Interaksi hidrofobik adalah kekuatan pendorong utama untuk pembentukan bilayers lipid. Ingat bahwa interaksi hidrofobik juga memainkan peran yang dominan dalam heliks protein dan dalam asam nukleat yang susunan basa. Molekul air dilepaskan dari ekor hidrokarbon lipid membran karena ekor ini menjadi pindahkan di bagian dalam nonpolar dari bilayer. Selain itu, gaya tarik menarik van der Waals antara ekor hidrokarbon mendukung letak yang berdekatan dari ekor. Akhirnya, ada elektrostatik dan atraksi ikatan hidrogen antara gugus kepala polar dan molekul air. Jadi, bilayers lipid distabilkan oleh medium penuh kekuatan yang memediasi interaksi molekuler dalam sistem biologi.

Karena bilayers lipid dibentuk bersama dari beberapa komponen yang memperkuat, interaksi nonkovalen (terutama hidrofobik), mereka merupakan struktur koperasi. Interaksi ini memiliki tiga konsekuensi hidrofobik biologis yang signifikan:

(1) lipid bilayers memiliki kecenderungan inheren untuk menjadi luas,

(2) bilayers lipid akan cenderung untuk menutup pada diri mereka sendiri sehingga tidak ada ujungnya dengan  rantai hidrokarbon, dan sehingga mereka membentuk kompartemen; dan

(3) bilayers lipid menyegel diri karena lubang di bilayer.

4.1. Vesikel lipid Bisa Dibentuk dari Fosfolipid

Kecenderungan fosfolipid untuk membentuk membran telah digunakan untuk membuat alat eksperimental dan klinis yang penting. Vesikel lipid, atau liposom, kompartemen berair tertutup oleh bilayer lipid (Gambar. 12), dapat digunakan untuk mempelajari permeabilitas membran atau untuk menyampaikan bahan kimia untuk sel. Liposom dibentuk oleh menangguhkan lipid yang cocok, seperti fosfatidil kolin, dalam suatu media berair, dan kemudian sonicating (yaitu, mengagitasi dengan frekuensi gelombang suara tinggi) untuk memberikan dispersi vesikel tertutup yang cukup seragam dalam ukuran. Vesikel dibentuk oleh metode ini hampir bulat dan memiliki diameter sekitar 50 nm (500 Å). Vesikula lebih besar (dari urutan 1 mm, atau 104 Å, dengan diameter) dapat disiapkan dengan menguapkan perlahan pelarut organik dari suspensi fosfolipid dalam sistem pelarut campuran.

Gambar. 12. Liposom. Sebuah liposom, atau vesikel lipid, adalah sebuah kompartemen berair kecil yang dikelilingi oleh lipid bilayer.

Ion atau molekul dapat terjebak dalam kompartemen vesikel lipid berair dengan membentuk vesikel di zat ini (Gambar. 13). Sebagai contoh, 50-nm-diameter vesikel terbentuk dalam larutan 0,1 M glisin akan menjebak sekitar 2000 molekul glisin di setiap kompartemen berair. Glisin ini mengandung vesikel yang dapat dipisahkan dari larutan sekitar glisin dengan dialisis atau dengan kromatografi filtrasi gel. Permeabilitas membran lapis rangkap untuk glisin kemudian dapat ditentukan dengan mengukur tingkat penghabisan glisin dari kompartemen bagian dalam vesikel untuk solusi ambien. Membran protein spesifik dapat dilarutkan dalam deterjen dan kemudian ditambahkan ke liposom fosfolipid dari mana akan terbentuk. Protein-liposom kompleks menyediakan alat-alat eksperimen yang berharga untuk memeriksa berbagai fungsi membran protein.

Gambar. 13. Persiapan Glycine-Mengandung Liposom. Liposom yang mengandung glisin dibentuk oleh sonication fosfolipid di depan glisin. Glisin bebas dihilangkan dengan filtrasi gel.

Percobaan yang dilakukan untuk mengembangkan penggunaan klinis untuk liposom. Sebagai contoh, liposom yang mengandung obat-obatan atau DNA untuk eksperimen terapi gen dapat disuntikkan ke pasien. Ini sambungan kontak liposom dengan membran plasma dari banyak jenis sel, memperkenalkan ke dalam sel molekul yang mereka kandung. Pengiriman obat dengan liposom juga mengubah distribusi obat dalam tubuh dan sering mengurangi toksisitas. Misalnya, kurangnya obat didistribusikan untuk jaringan normal karena perputaran kerja panjang dari liposom telah ditunjukkan untuk berkonsentrasi di daerah darah untuk meningkat sirkulasi, seperti tumor padat dan situs peradangan. Selain itu, fusi vesikel lipid selektif dengan jenis tertentu dari sel adalah sarana yang menjanjikan mengendalikan pengiriman obat ke sel target. Membran sintetik lain diketahui dengan baik adalah membran bilayer planar. Struktur ini dapat dibentuk di sebuah lubang 1-mm di partisi antara dua kompartemen air dengan mencelupkan kuas halus ke dalam larutan pembentuk membran, seperti fosfatidil kolin dalam dekana. Ujung sikat kemudian menyentuh seluruh lubang (diameter 1 mm) dalam partisi antara dua media air. Lembaran lipid di lubang menipis secara spontan ke dalam lipid bilayer. sifat konduksi listrik dari membran lapis rangkap makroskopik yang mudah dipelajari dengan memasukkan elektroda ke setiap kompartemen berair (Gambar. 14). Sebagai contoh, permeabilitas untuk ion ditentukan dengan mengukur arus melintasi membran sebagai fungsi dari tegangan yang diterapkan. 

Gambar 12.14. Pengaturan eksperimental untuk Studi Membran bilayer Planar. Sebuah membran bilayer terbentuk di lubang 1-mm septum yang memisahkan dua kompartemen berair. Susunan ini memungkinkan pengukuran permeabilitas dan konduktansi listrik lipid bilayers.

PUSTAKA:

Jeramy M. Berg., John L. Tymoczko dan Lubert styer “Biochemistry fifth edition” W.H. Freeman and Company.