Door Dr. David Warmflash • Bijgewerkt 30 augustus 2022

Het celmembraan dient als een selectieve barrière en isoleert de intracellulaire omgeving van de omringende waterige wereld. Het leven evolueerde in water, dus cellen hadden een mechanisme nodig om hun hydrofiele binnenkant te scheiden van de hydrofobe componenten waaruit het membraan bestaat. Uit deze noodzaak ontstond de lipidedubbellaag, een structuur die de stroom van moleculen beschermt en reguleert.

Hydrofobe versus hydrofiele moleculen

Grote moleculen die bijna volledig uit koolstof en waterstof bestaan, zoals vetten, oliën en wassen, zijn niet-polair of hydrofoob. In water hebben ze de neiging samen te clusteren en olieachtige druppels te vormen. Moleculen die zuurstof, stikstof of fosfor bevatten, hebben daarentegen verschillende positieve en negatieve ladingen, waardoor ze polair worden. Omdat water zelf polair is, lossen deze moleculen gemakkelijk op, waardoor ze het label ‘hydrofiel’ of ‘waterminnend’ krijgen.

Fosfolipiden:de amfifiele bouwstenen

Fosfolipiden zijn amfifiel, wat betekent dat ze zowel hydrofobe als hydrofiele gebieden bezitten. Hun ruggengraat is glycerol, een keten met drie koolstofatomen die vetzuurstaarten aan elkaar hecht via esterbindingen. Wanneer een fosfaatgroep zich aan het derde koolstofatoom hecht, wordt het molecuul een fosfolipide. Het fosfaat is meestal gekoppeld aan een zeer polaire kopgroep, zoals choline in fosfatidylcholine, terwijl de twee vetzuurstaarten hydrofoob blijven.

Rassen van fosfolipiden

Alle fosfolipiden delen de hydrofobe staart en de polaire kop, maar ze verschillen wat betreft de lengte van de vetzuurketen en de chemie van de kopgroep. Fosfatidylcholine bevat bijvoorbeeld een cholinekop, terwijl fosfatidylethanolamine een ethanolaminegroep draagt. Deze variaties beïnvloeden de vloeibaarheid, kromming en eiwitinteracties van het membraan.

Synthese in het endoplasmatisch reticulum

In eukaryotische cellen worden fosfolipiden geassembleerd in het cytoplasma grenzend aan het endoplasmatisch reticulum (ER). ER-gebonden enzymen katalyseren de toevoeging van vetzuren aan de glycerol-skeletten, waardoor blaasjes worden gevormd die afstoten en samensmelten met het plasmamembraan, waardoor nieuwe fosfolipiden worden afgezet en het membraanoppervlak wordt vergroot.

Van micellen tot een trilaminaire dubbellaag

Wanneer de fosfolipideconcentratie laag is, aggregeren de moleculen tot micellen:een bol met hydrofiele koppen naar buiten gericht naar water en hydrofobe staarten naar binnen. Naarmate de concentratie stijgt, heroriënteren de fosfolipiden zich in een dubbellaag:twee blaadjes fosfolipiden, elk met hydrofiele koppen naar buiten en hydrofobe staarten naar elkaar gericht in de membraankern. Deze opstelling creëert drie functionele lagen:de buitenste koplaag, de binnenste staartkern en de binnenste koplaag, vandaar de term 'trilaminair'.

Het trilaminaire model is van fundamenteel belang om te begrijpen hoe cellen de homeostase handhaven, het transport reguleren en intern en extern signalen afgeven.