Мембрана биологические температура фазового перехода

У некоторых микроорганизмов биологические мембраны находятся при температурах, лишь на немного превышающих температуру фазовых переходов липидов. Мембрана содержит десятки разных липидов, которым соответствуют разные температуры фазового перехода, в том числе близкие к физиологическим. При понижении температуры в мембране происходят фазовые превращения в липидном бислое. [c.27]

Фазовый переход из кристаллического в жидкокристаллическое состояние является эндотермическим процессом количество тепла, необходимое для плавления цепей жирных кнслот, можно определить в калориметре (рис. 3.5). Если липпдный бислой состоит только из одного липида, то фазовый переход пропсходит в узком интервале температур. Так как биологические мембраны обычно состоят из большого количества разных липидов, они не имеют четко выраженного фазового перехода и при физиологических температурах являются жидкокристаллическими. Однако очевидно, что текучесть биологических мембран может быть весьма различной как в разных органах, так даже и в разных частях мембраны одной клетки. На это указывает различный липидный состав разных мембран или их доменов. Хотя еще не установлена общая зависимость между текучестью мембран и их биологической функцией, некоторые факторы, влияющие на текучесть, были выявлены в экспериментах на искусственных липидных мембранах. Накапливаются данные, свидетельствующие о том, что те же факторы действуют и в биомембранах. Температура фазового перехода зависит от природы боковых цепей жирных кислот. [c.71]

Рис. 3.5. Фазовые переходы в фос-фолипидной мембране. При определенной температуре мембрана переходит из кристаллического в жидкокристаллическое состояние это — эндотермический процесс, который можно измерить калориметрически. Прибавление холестерина размывает температуру перехода (нижняя кривая), а при содержании холестерина >50% фазовый переход не обнаруживается. При физиологических условиях биологическая мембрана всегда находится прн температуре выше температуры фазового перехода, т. е, является жидкокристаллической.

Действие ионов кальция особенно интересно для нейробиологии. Они увеличивают электрическое сопротивление нскусст-г. нных липидных мембран, т. е. стабилизируют их, если присутствуют в одинаковых концентрациях по обе стороны мембраны. Напротив, присутствие ионов кальция только с одной стороны мембраны понижает сопротивление и дестабилизирует мембрану, а при [Са +]>1 мМ мембрана разрушается. Нечто подобное злектрофизиологи наблюдали и в нервной мембране. Они показали, что порог генерации потенциала действия и, следовательно, временного увеличения ионной проницаемости аксональной мембраны понижается при уменьшении концентрации кальция во внешней среде (гл. 6). Ионы кальция влияют на паковку и подвижность липидных молекул в бислое. Они повышают температуру фазового перехода, тем самым стабилизируя кристаллическое состояние. Однако перенесение результатов, полученных на искусственных мембранах, на истинные биологические мембраны означает приложение данных, полученных на простых биофизических системах, к гораздо более сложным биологическим системам. Например, описанные катионные эффекты сильно зависят от анионов, белков и липидной гетерогенности биомембраны. [c.75]

Гребни можно наблюдать и у чисто липидных бислойных пузырьков (липосом), которые бьши заморожены в состоянии ниже температуры фазового перехода в то же время поверхность скола всегда была гладкой, если вначале липосомы находились при температуре выше температуры перехода. Таким образом, липосомы при замораживании— скальшании ведут себя во многом так же, как природные мембраны. Это, как и многое другое, означает, что структурной основой биологических мембран является такой же липидный бислой, что и у липосом. Фотография на рис. 4.17 (и другие ей подобные) показывает, что в природных мембранах белки рассеяны по бислойному матриксу, образованному фосфолипидами. [c.226]

Проницаемость липосомальиой мембраны зависит от ее фазового состояния и особенно велика вблизи температуры фазового перехода фосфолипидов липосомы, когда молекулы в мембране обладают максимальной неупорядоченностью. При помощи липосом можно изучать самые разнообразные процессы. С теоретической точки зрения очень интересным и важным в биологическом отношении является процесс встраивания различных белков в модельные мембраны. Показано, что наиболее активно белки встраиваются в мембраны липосом при температуре фазового перехода, т. е. когда фосфолипидные молекулы максимально неупорядочены. Кроме того, способность белков встраиваться в мембрану определяется наличием достаточного гидрофобного участка, который служит чем-то вроде якоря для белковой молекулы. [c.137]

Изучение критического состояния липидного бислоя раскрывает биологический смысл этого явления. Считается, что на начальных этапах эволюции клеточных структур формировались липидные везикулы, мембраны которых, как это следует из рассмотренного выше, способны были обеспечивать такие важные функции клетки, как проницаемость и генерацию мембранных потенциалов ионной природы. Однако чистые липидные пленки хрупки, и их стабильность в сильной степени зависит от внешних условий. Для предотвращения разрушения липидного бислоя в состоянии стресса в клетке и выработалась система стабилизации. Во-первых, жирнокислотные радикалы, входящие в соотав молекулы природного фосфолипида, как правило, различаются по насыщенности один радикал представлен насыщенной жирной кислотой, второй — ненасыщенной. Это обеспечивает жидкостное состояние липидного бислоя во всем диапазоне физиологических температур, поскольку область фазового перехода таких липидов находится ниже О °С. Во-вторых, в большинстве мембран содержится холестерин, который, как известно, резко расширяет температурный диапазон фазового перехода, а при его эквимолярном содержании в количестве по отношению к фосфолипидам — даже исключает такой переход. В-третьих, образованию насыщенных продуктов в результате перекисного окисления препятствует набор мембранных антиоксидантов. И, наконец, специальные ферменты — фосфолипазы — способны полностью изменить фосфолипидный портрет мембраны, модифицируя как жирнокиолотные радикалы (фосфолипаза А), так и полярные головки (фосфолипаза Д). Совершенно очевидно, что нарушение какого-либо из указанных элементов этой системы стабилизации может разрушить биологическую мембрану, что может привести клетку в состояние патологии. [c.36]

Температуро-зависимые изменения структуры воды. Криоповреждения клеток либо других биологических структур, обусловленные изменением фазового состояния белков или липидов, существенно зависят от степени гидратации мембран. Вода стабилизирует структуру мембраны, поэтому выяснение роли воды в поддержании структуры мембраны является одним из важных подходов к пониманию механизмов криоповрежденин мембран при охлаждении и замораживании. В процессе охлаждения происходит два типа изменений в поверхностной (вици-нальной) воде кооперативные процессы, захватывающие большое количество молекул воды, и процессы, сопровождающиеся изменением ее структуры. Существенной особенностью вици-нальной воды является наличие структурных переходов при 4S и 15°С. [c.22]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология