Proprietà degli aggregati lipidici

Nelle soluzioni acquose, i lipidi con una singola catena, come pure i saponi e i detergenti, tendono a formare micelle, aggregati globulari in cui le catene idrocarburiche sono fuori dal contatto con l'acqua. Comunque, bisogna notare che, le soluzioni diluite di molecole anfifiliche non formano micelle, a meno che la loro concentrazione non superi una certa concentrazione micellare critica (cmc). Questo valore dipende dall'identità della sostanza e dalle condizioni della soluzione. La dimensione approssimativa e la forma di una micella possono essere predette da alcune considerazioni geometriche. Le molecole anfifiliche con una singola catena idrocarburica formano micelle sferiche o ellissoidali a causa della loro forma affusolata (le teste polari idrate sono più grandi delle code). Invece, le due code idrocarburiche dei glicerofosfolipidi e degli sfingolipidi tendono a formare doppi strati lipidici, quindi strutture a forma rettangolare. Come sappiamo, i doppi strati lipidici sono le basi strutturali delle membrane biologiche. Essi sono straordinariamente impermeabili alle sostanze polari e ioniche e che la permeabilità delle sostanze aumenta con la loro solubilità nei solventi non polari. Ciò suggerisce che per penetrare in un doppio strato lipidico, una molecola di soluto deve cedere le sue molecole di acqua di idratazione e diventare solubile nel nucleo idrocarburico del doppio strato. Questo è un processo molto sfavorevole per le molecole polari. Nel doppio strato, inoltre, possiamo il trasferimento delle molecole lipidiche, un processo chiamato diffusione trasversale o flip-flop, un evento estremamente raro. Infatti, perché il trasferimento possa avvenire, è necessario che la testa polare del lipide passi attraverso il nucleo idrocarburico del doppio strato. Al contrario, i lipidi sono molto mobili nel piano del doppio strato, diffusione laterale. Comunque, i doppi strati sono fluidi bidimensionali, in cui le catene idrocarburiche vanno incontro a rapidi moti flussionali (cambiamenti continui) che coinvolgono rotazioni ai loro legami C—C. La fluidità del doppio strato varia con la temperatura, infatti, se il doppio strato viene raffreddato al di sotto di una temperatura caratteristica, la temperatura di transizione, va incontro ad una breve fase di modificazione, chiamata transizione ordine-disordine, in cui diventa simile ad un gel solido. Le catene idrocarburiche diventano completamente estese e impacchettate, come nelle strutture cristalline e il doppio strato perde la sua fluidità. La temperatura di transizione aumenta con la lunghezza e con il grado di saturazione dei suoi residui di acidi grassi, per le stesse ragioni con cui queste entità determinano l'aumento della temperatura di fusione. Le temperature di transizione della maggior parte delle membrane biologiche variano da 10° a 40 °C. Il colesterolo, che da solo non forma doppi strati, diminuisce la fluidità, in quanto il suo sistema steroideo rigido ad anelli interferisce con i movimenti delle catene idrofobiche. Il colesterolo amplia anche l'ambito della transizione ordine-disordine e ad alte concentrazioni la abolisce completamente. Questo comportamento dipende dal fatto che il colesterolo inibisce la cristallizzazione delle catene degli acidi grassi interponendosi tra loro. Questo composto, dunque, funziona da un plastificatore delle membrane. La fluidità delle membrane biologiche è una delle proprietà più rilevanti da un punto di vista fisiologico, in quanto consente alle proteine immerse nel doppio strato lipidico di interagire tra loro.