Структура и свойства липидных фаз в водных средах

Структура и свойства липидных фаз в водных средах [c.307]

Одно из самых значительных достижений рентгеноструктурного анализа белков последних лет, которое не может не повлиять на дальнейшее развитие биологии и становление ее новой области -молекулярной биологии клетки, состоит в начавшейся расшифровке трехмерных структур первых мембранных белков. Перед обсуждением полученных здесь результатов целесообразно кратко сообщить о том, что было известно об этих белках до исследования их с помощью рентгеновской дифракции. Если основные структурные особенности биологических мембран определяются молекулами липидного бислоя, то специфические функции мембран выполняются главным образом белками. Они ответственны за процессы превращения энергии, выступают в качестве рецепторов и ферментов, образуют каналы активного и пассивного транспорта молекул и ионов различных веществ через мембраны, охраняют организм от проникновения чужеродных антигенов и стимулируют иммунный ответ клеточного типа. В обычной плазматической мембране белок составляет около 50% ее массы. Однако в некоторых мембранах, например во внутренних мембранах митохондрий и хлоропластов, его содержание поднимается до 75%, а в других, например миелиновой мембране, снижается до 25%. Многие мембранные белки пронизывают липидный бислой насквозь и контактируют с водной средой по обеим сторонам мембраны. Молекулы этих белков, называемых трансмембранными, как и окружающие их молекулы липидов, обладают амфипатическими свойствами, поскольку содержат гидрофобные участки, взаимодействующие внутри бислоя с гидрофобными хвостами липидов, и гидрофильные участки, обращенные к воде с обеих сторон мембраны. Другая группа мембранных белков соприкасается с водой только с одной стороны бислоя [234, 235]. Одни из них погружены только во внешний или во внутренний слой мембраны, другие ассоциированы за счет невалентных взаимодействий с трансмембранными белками, третьи прикреплены к мембране с помощью ковалентно связанных с ними цепей жирных кислот, внедренных в липидный слой. [c.56]

Важнейшим физическим свойством двухцепочечных амфифильных молекул является их склонность образовывать двойные слои в водных дисперсиях, имеющие вид отдельных пузырьков или ламеллярных (пластинчатых) структур. Такие структуры изображены на рис. 4.12 амфифильные молекулы в них объединяются так, что полярные головки контактируют с водной фазой, а углеводородные хвосты собираются вместе, образуя безводную фазу. Бислой играет роль мембраны, отделяя содержимое пузырька от внешней среды. Ясно, что толщина бислоя зависит от длины и жесткости углеводородных липидных хвостов. [c.218]

Первые исследования свойств устойчивых черных липидных пленок в водной среде явились хорошим экспериментальным подтверждением гипотезы Даниэлли и Дэвсона согласно которой бимолекулярный липидный слой служит основным структурным элементом биологических мембран. Уже первое сравнение свойств черных пленок и биологических мембран показало их большое сходство. Так, черные углеводородные нленки и биологические мембраны дают подобные электронно-микроскопические фотографии при наблюдении их поперечных срезов (трехслойная структура), имеют близкие значения толш ин, удельной электрической емкости, водной проницаемости и т. д. [c.167]

Зависимости (3.65)—(3.67) предполагают, что скорость диффузии существенно меньше, чем скорость растворения и выделения газа поверхностями пленки и что адсорбционные слои ПАВ не оказывают влняння на перенос 1аза. Однако извес I о, что мономолекулярные пленки нз некоторых нерастворимых ПАВ (например, цетилового спирта) заметно уменьшают скорость испарения водной подложки [46]. При больших поверхностных давлениях скорость испарения может уменьшаться в 5—10 раз. Существенное влияние структуры липидных бислоев на проницаемость газов, а также воды и электролитов обнаружено при изучении свойств везикул (лнпосом) и плоских черных углеводородных пленок в водной среде [319]. Сведения о влиянии адсорбционных слоев ПАВ на скорость адсорбции и десорбции газа в пенных системах менее определенны [153]. [c.142]

В водной среде структуры, образуемые фосфолипидами (л а-меллярные, мицеллярные, гексагональные и др.)> ведут себя как анизотропные жидкости, обладающие признаками упорядоченности, т. е. жидкие кристаллы. Таким структурам присущи лиотропный мезоморфизм (зависимость состояния от гидратации) и термотропный мезоморфизм (зависимость структуры от температуры). Оба свойства связаны между собой. Фазовые переходы липидов, осуществляющиеся по типу гель — жидкий кристалл , происходят при температуре (7 кр), величина которой зависит от содержания воды в системе. 7 кр достигает минимума, как только общее содержание воды превышает то количество, которое могут связывать липидные структуры. В то же время при температуре выше 7кр при недостатке воды липиды могут находиться в упорядоченном состоянии. Фазовая диаграмма для яичного лецитина, характеризующая соотношение различных мезоформ липида в разных условиях, представлена на рис. 12. [c.34]

Митохондрии сердца содержат много фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина, в то время как в митохондриях печени они фактически отсутствуют. Около двух третей всех жирных кислот в той или иной степени ненасыщены в наружной мембране их относительные концентрации в два раза ниже, чем во внутренней. Почти весь кардиолипин (гл. 3) клетки находится во внутренней митохондриальной мембране, составляя около одной пятой всех липидов. Это антигенный липид однако антитела к кардиолипину не могут реагировать с препаратами внутренних мембран или с пузырьками, приготовленными из этих мембран. Отсюда следует, что молекулы кардиолипина погружены в мембрану и поэтому недоступны для антител. Уплотненная структура внутренней мембраны, ее проницаемость и особенности свойств содержащихся в ней ферментов обусловлены исключительно высокой гидрофобностью мембраны и природой ее липидного бислоя. Хотя свойства ферментов, когда они очищены и помещены в водную среду, представляют несомненный интерес, по-настоящему важным является их поведение в безводной гидрофобной липидной среде мембраны. Примечательно, что некоторые нз ферментов никогда не удается полностью освободить от липидов, и даже когда Р-оксибутиратдегид-рогеназу удалось освободить от липида, фермент в такой форме был уже не в состоянии катализировать реакцию, как это происходит в мембране (разд. 12.4.1). [c.420]

Важнейшая роль в эволюции клеточных мембран, по-видимому, принадлежит классу амфипатических молекул, которые обладают простым физико-химическим свойством одна их часть гидрофобна (нерастворима в воде), а другая - гидрофильна (растворима в воде). Когда такие молекулы попадают в воду, они располагаются гак, что их гидрофобные части приходят в гесный контакт друг с другом, а гидрофильные части - в контакт с водой. Амфипатические молекулы способны спонтанно агрегировать, образуя двухслойные структуры в виде маленьких замкнутых пузырьков, изолирующих водное содержимое от внешней среды (рис. 1-10). Этот феномен может быть продемонстрирован в пробирке путем простого смешивания фосфолипидов и воды при подходящих условиях действительно образуются маленькие пузырьки. Все ныне существующие клетки окружены плазматической мембраной, состоящей из амфипатических молекул, главным образом фосфолипидов, такой структуры в клеточных мембранах в состав липидного бислоя входят также амфипатические белки. В электронном микроскопе такие мембраны имеют вид листков толщиной около 5 нм с выраженной трехмерной структурой (следствие плотной укладки фосфолипидных молекул хвост к хвосту). [c.19]