Membranlipider är amfipatiska, vilket innebär att de har en polär eller hydrofil ände och en opolär eller hydrofob ände. I vattenhaltiga medier organiserar sig membranlipiderna spontant i tvåskikt med de polära ändarna orienterade mot lösningen och de opolära ändarna orienterade bort från lösningen. Tvåskiktet sluter sig i sig självt för att undvika fria kanter med vatten. Dessa grundläggande strukturella egenskaper hos plasmamembranen gör det möjligt för dem att utföra sina grundläggande funktioner. Till exempel gör membranlipidernas benägenhet att bilda termodynamiskt stabila, slutna lipiddubbelskiktsstrukturer dem stabila och uppmuntrar bildandet av slutna subcellulära avdelningar. Det gör det också möjligt att spontant reparera små revor i membranen, vilket förhindrar att material läcker ut ur cellen eller organellerna. Vidare fungerar membranens hydrofoba inre som en barriär för vattenlösliga molekyler, men tillåter vissa lipidlösliga molekyler att passivt diffundera igenom. Membraner är därför selektivt permeabla strukturer; en egenskap som bidrar till att förhindra läckage och skydda cellen från passivt inträde av många toxiner.
Fosfoglycerider har ett hydrofilt polärt huvud och en hydrofob fettsyrahalva. Sammansättningen och längden på kolväteavslutningen är något varierande och rapporteras ligga i intervallet 14 kolväten till 24 kolväten. Kemisk modifiering av inositolringen sker vid omvandlingen av fosfatidylinositol till andra fosfoinositider.
Membranlipider är mycket varierande, med ett typiskt membran som innehåller mer än 100 arter av lipider. Dessa lipider varierar i sin struktur och graden av mättnad av fettacylkedjorna.
Det finns tre huvudklasser av membranlipider – fosfoglycerider, sfingolipider och steroler.
Vad är fosfolipider?
Fosfoglyceriderna och sfingolipiderna kan kombineras till en klass, fosfolipiderna. Dessa är den klassiska membranlipiden, som bildas av en polär huvudgrupp och två hydrofoba fettsyraändar. Fettsyrans svansar innehåller vanligtvis mellan 14 och 24 kolatomer. En av de två svansarna är omättad och innehåller därför en eller flera cis-dubbelbindningar, vilket skapar en liten knut i svansen. Den andra svansen är mättad, utan cis-dubbelbindningar och förblir rak. Variationer i längden och mättnaden av fettsyrasvansen påverkar hur tätt fosfolipiderna kan packas mot varandra, vilket leder till förändrad membranvätska. Den polära huvudgruppen är kopplad till fettsyrans svans genom en ryggrad som består av antingen glycerol eller sfingosin. Den olika ryggradsmolekylen skiljer klasserna av fosfolipider åt.
Hur skiljer sig fosfoglycerider strukturellt och biokemiskt från sfingolipider?
Fosfoglycerider har en polär huvudgrupp som är förestrad till en av tre glycerolhydroxylgrupper, och två hydrofoba fettsyraändar som är förestrade till de återstående två hydroxylgrupperna i glycerolryggraden. Den polära huvudgruppen består av en fosfatgrupp kopplad till kolin, etanolamin, serin eller inositol. Dessa bildar fosfatidylkolin (PC), fosfatidyletanolamin (PE), fosfatidylserin (PS) respektive fosfatidylinositol (PI).
Sfingolipider har å andra sidan en ryggrad som bildas av sfingosin, en aminoalkohol med en lång kolvätekedja; en mindre riklig klass av membranlipider. Ceramid är en enkel sfingolipid som har en hydrofob fettsyra svans kopplad till aminogruppen i sfingosinet. Förestring av ytterligare grupper till den terminala hydroxylgruppen i sfingosinets ryggrad ger upphov till andra typer av sfingolipider. Sfingomyelin har t.ex. en polär fosforylkolinhuvudgrupp och glykolipider har en kolhydratgrupp. Kolhydratgruppen i glykolipider kan vara ett enkelt socker eller en oligosackarid som bildar cerebrosider respektive gangliosider.
Steroler är mindre än fosfolipider. De har en enda polär hydroxylhuvudgrupp som är fäst vid en styv steroidringstruktur och en kort opolär kolvätehäck. Kolesterol är den viktigaste sterolkomponenten i animaliska cellmembran. Olika steroler finns i andra eukaryota cellmembran. Jäst och svampar använder ergosterol, medan växter använder sitosterol och stigmasterol. Prokaryotiska cellmembran innehåller dock i princip inga steroler. Steroler infogas i lipidbilagan med sina hydroxylhuvudgrupper orienterade mot fosfolipidernas polära grupper. På så sätt anpassas sterolens stela ringstruktur till fosfolipidens kolvätehals, vilket minskar fosfolipidernas rörlighet. Denna styvhetseffekt minskar också bilagrets vattenlösliga permeabilitet, men påverkar inte membranets fluiditet.