Membránové lipidy jsou amfipatické, což znamená, že mají polární neboli hydrofilní konec a nepolární neboli hydrofobní konec. Ve vodném prostředí se membránové lipidy spontánně uspořádávají do dvojvrstev s polárními konci orientovanými směrem k roztoku a nepolárními konci orientovanými od roztoku. Bilayer se uzavírá do sebe, aby se zabránilo volným okrajům s vodou. Tyto základní strukturní vlastnosti plazmatických membrán jim umožňují plnit jejich základní funkce. Například sklon membránových lipidů vytvářet termodynamicky stabilní uzavřené struktury lipidových dvojvrstev jim zajišťuje stabilitu a podporuje vznik uzavřených subcelulárních kompartmentů. Umožňuje také spontánní opravu malých trhlin v membráně, což zabraňuje úniku materiálu z buňky nebo organel. Hydrofobní vnitřek membrán navíc slouží jako bariéra pro molekuly rozpustné ve vodě, ale umožňuje pasivní difúzi některých molekul rozpustných v lipidech. Membrány jsou tedy selektivně propustné struktury; tato vlastnost pomáhá bránit úniku a chránit buňku před pasivním vstupem mnoha toxinů.
Fosfoglyceridy mají hydrofilní polární hlavu a hydrofobní ocas z mastných kyselin. Složení a délka uhlovodíkového ocasu je poněkud různorodá a uvádí se, že se pohybuje od 14 do 24 uhlíků. K chemické modifikaci inositolového kruhu dochází při přeměně fosfatidylinositolu na jiné fosfoinositidy.
Membránové lipidy jsou velmi rozmanité, typická membrána obsahuje více než 100 druhů lipidů. Tyto lipidy se liší svou strukturou a mírou nasycení mastných acylových řetězců.
Existují tři hlavní třídy membránových lipidů – fosfoglyceridy, sfingolipidy a steroly.
Co jsou fosfolipidy?
Fosfoglyceridy a sfingolipidy lze spojit do jedné třídy – fosfolipidů. Jedná se o klasické membránové lipidy, tvořené polární hlavovou skupinou a dvěma hydrofobními ocasy mastných kyselin. Chvosty mastných kyselin obvykle obsahují 14-24 atomů uhlíku. Jeden z obou ocásků je nenasycený, a proto obsahuje jednu nebo více cis-dvojných vazeb, které vytvářejí v ocásku malý záhyb. Druhý ocas je nasycený, bez cis-dvojných vazeb a zůstává rovný. Změny v délce a nasycení ocásků mastných kyselin ovlivňují, jak těsně se fosfolipidy dokáží přitisknout k sobě, což vede ke změně tekutosti membrán. Mezi polární hlavovou skupinou a ocasem mastné kyseliny je páteř tvořená buď glycerolem, nebo sfingosinem. Odlišná páteřní molekula odlišuje jednotlivé třídy fosfolipidů.
Jak se fosfoglyceridy strukturně a biochemicky liší od sfingolipidů?
Fosfoglyceridy mají polární hlavovou skupinu esterifikovanou na jednu ze tří hydroxylových skupin glycerolu a dva hydrofobní ocasy mastných kyselin esterifikované na zbývající dvě hydroxylové skupiny glycerolové páteře. Polární hlavová skupina je tvořena fosfátovou skupinou navázanou na cholin, ethanolamin, serin nebo inositol. Ty tvoří fosfatidylcholin (PC), fosfatidylethanolamin (PE), fosfatidylserin (PS), respektive fosfatidylinositol (PI).
Fingolipidy mají naproti tomu páteř tvořenou sfingosinem, aminoalkoholem s dlouhým uhlovodíkovým řetězcem; jde o méně početnou třídu membránových lipidů. Ceramid je jednoduchý sfingolipid, který má hydrofobní ocas mastné kyseliny navázaný na aminoskupinu sfingosinu. Esterifikací dalších skupin na koncovou hydroxylovou skupinu sfingosinové páteře vznikají další typy sfingolipidů. Například sfingomyelin má polární fosforylcholinovou hlavovou skupinu a glykolipidy mají sacharidovou skupinu. Sacharidová skupina glykolipidů může být jednoduchý cukr nebo oligosacharid tvořící cerebrosidy, respektive gangliosidy.
Steroly jsou menší než fosfolipidy. Mají jednu polární hydroxylovou hlavovou skupinu připojenou k tuhé struktuře steroidního kruhu a krátký nepolární uhlovodíkový ocas. Cholesterol je hlavní sterolovou složkou membrán živočišných buněk. V membránách ostatních eukaryotických buněk se vyskytují různé steroly. Kvasinky a houby používají ergosterol, zatímco rostliny sitosterol a stigmasterol. Prokaryotické buněčné membrány však v podstatě žádné steroly neobsahují. Steroly se vkládají do lipidové dvojvrstvy svými hydroxylovými hlavovými skupinami orientovanými s polárními skupinami fosfolipidů. Tím se tuhá kruhová struktura sterolu vyrovná s fosfolipidovým uhlovodíkovým ocasem, což snižuje pohyblivost fosfolipidů. Tento efekt ztuhnutí také snižuje propustnost dvojvrstvy rozpustné ve vodě, ale neovlivňuje fluiditu membrány
.