Lipid membran membentuk fondasi struktural membran biologis, menyediakan penghalang selektif yang mendefinisikan batas seluler dan organel. Sifat amfipatik lipid membran mendorong perakitan spontan mereka menjadi bilayer di lingkungan akuatik.

Bilayer Lipid

Bilayer lipid adalah lembaran dua dimensi dari lipid amfipatik yang berorientasi dengan ekor hidrofobik menghadap ke dalam dan gugus kepala hidrofilik menghadap lingkungan akuatik di kedua sisi. Pengaturan ini stabil secara termodinamika dan menutup sendiri. Bilayer setebal sekitar 5 nm dan bertindak sebagai penghalang permeabilitas terhadap ion dan molekul polar sambil memungkinkan difusi bebas molekul nonpolar kecil.

Keanekaragaman Fosfolipid

Gliserofosfolipid adalah lipid membran yang paling melimpah. Fosfatidilkolin adalah fosfolipid utama di sebagian besar membran mamalia, biasanya terkonsentrasi di daun luar. Fosfatidiletanolamin dan fosfatidilserin diperkaya di daun dalam. Fosfatidilinositol adalah komponen minor tetapi berfungsi sebagai prekursor untuk molekul pensinyalan penting. Kardiolipin ditemukan terutama di membran mitokondria dalam.

Sfingolipid diperkaya di daun luar membran plasma, di mana mereka membentuk mikrodomain yang disebut rakit lipid. Sfingomielin adalah sfingolipid paling melimpah di sel mamalia, sementara glikosfingolipid seperti ganglioside berlimpah di membran neuron dan berfungsi dalam pengenalan sel.

Kolesterol dalam Membran

Kolesterol berinterkalasi di antara fosfolipid dalam bilayer, dengan gugus hidroksilnya diposisikan di dekat gugus karbonil ester fosfolipid. Kolesterol memodulasi fluiditas membran dengan mengisi celah antara rantai asam lemak tak jenuh, mengurangi mobilitas rantai hidrokarbon di dekatnya. Pada suhu tinggi, kolesterol mengurangi fluiditas dengan membatasi gerakan fosfolipid, sementara pada suhu rendah, ia mencegah pengepakan rapat dan mempertahankan fluiditas. Efek penyangga ini sangat penting untuk mempertahankan fungsi membran di seluruh variasi suhu.

Fluiditas Membran

Fluiditas membran ditentukan oleh komposisi lipid dan suhu. Asam lemak tak jenuh dengan ikatan rangkap cis memperkenalkan tekukan yang mencegah pengepakan rapat, meningkatkan fluiditas. Rantai asam lemak yang lebih pendek juga meningkatkan fluiditas. Kolesterol memodulasi fluiditas seperti yang dijelaskan di atas. Sel mengatur fluiditas membran dengan menyesuaikan komposisi asam lemak mereka melalui enzim desaturase, sebuah proses yang disebut adaptasi homeoviskosa.

Asimetri Lipid

Dua daun membran biologis memiliki komposisi lipid yang berbeda. Daun luar diperkaya dengan fosfatidilkolin dan sfingomielin, sementara daun dalam mengandung sebagian besar fosfatidiletanolamin, fosfatidilserin, dan fosfatidilinositol. Asimetri ini dipertahankan oleh flippase yang bergantung pada ATP yang mentranslokasi fosfolipid spesifik ke daun dalam. Hilangnya asimetri, khususnya paparan fosfatidilserin pada daun luar, adalah sinyal awal apoptosis dan memicu pembersihan fagositik.

Rakit Lipid

Rakit lipid adalah mikrodomain teratur dalam membran plasma yang diperkaya dengan kolesterol, sfingolipid, dan protein spesifik. Sfingolipid dengan rantai asil jenuh panjang tersusun rapat dengan kolesterol untuk membentuk fase teratur-cair yang lebih teratur daripada fase tidak teratur-cair di sekitarnya. Rakit memusatkan protein pensinyalan seperti protein berlabuh GPI, reseptor tirosin kinase, dan kinase keluarga Src. Elemen struktur protein ini berfungsi sebagai platform untuk transduksi sinyal, penjulan membran, dan adhesi sel.