ь и ые_г л о б у л я рн ы е белки как бы «плавают» в этом вязком липидном матриксе"Трйс. "97^"Г™АльтерЪир^ липидные и

белковые учасгкТГсоетавляют своего рода «мозаику». Углеводородные цепи липидов и большая часть неполярных аминокислотных остатков интегральных белков образуют внутреннюю часть мембраны, не контактируя с водой. Полярные уплппш^ли-пидов и несущие j}.2&jul;^аминокислотные остатки расположены преимущественно на, нару^акнШП^ мембраны. Там же находятся углеводные группировки гликопротеинов и гликолнпндовТЛериферичёские белки прш^плены к поверхности мё^гТр^ны с помощью^тектростатических сил. Некоторые" й^и^егральнь^ имеющих два полярных полюса, связанных обширным гидрофобным участком, могут пронизывать мембрану насквозь. В некоторых случаях интегральные белки агрегированы, т. е. образуют сложные комплексы, состоящие из субъеднниц. Между субъединицами могут оставаться узкие полости, заполненные водой.

Текучая, нестатнчная модель, допуская химическое и морфологическое различие локусов мембраны, делает возможным перемещение этих локусов со скоростью, определяемой фактической вязкостью липидного матрикса. В жидкую мембрану могут встраиваться новые компоненты (например, антигены) — свойство очень важное в процессе клеточной дифференциации.

Однако ни один из трех типов моделей полностью не отвечает всем имеющимся данным о свойствах и функциях биологических мембран. Но считается, неоспоримым,- лто„ в строении и функционировании мембран должны осуществляться следующие принципы: матричность, аллостерия, типизация и кооперативность.

Структура липидного бимолекулярного слоя

Можно считать твердо установленным, что бимолекулярный слой представляет собой основной принцип организации липидов в биологических мембранах. Бимолекулярный слой мембран включает, как правило, фосфолипиды, xoлecтepJЯ^^^JVшкo-

6 Зак. 57

81

липиды (цереброзиды и сульфатид^ы, особенно характерные для таеЖНовых ышБд^ц). Избирательным действием фосфолипаз и методом" замораживания со скалыванием была доказана неэквивалентность наружных и внутренних липидов в бимолекулярном мембранном слое. Мембранные фосфолипиды асимметрично распределены между внутренним и внешним слоями. Большая часть сфингомиелина и фосфатидилхолина локализована на внешнем (наружном) слое, в то время как аминофосфатиды (фосфатидилэтаноламин и фосфатидилсерин) находятся на внутреннем дитоплазматическом слое. Возможно, что трансмембранная ориентация этих двух типов липидов в биологических мембранах обусловлена различиями в упаковке их полярных группировок.

В последнее время значительное внимание привлекают исследования передвижения липидных 'молекул в пределах мембраны. Имеется, по крайней мере, четыре интрамолекулярных движения липидов в бислое: латеральная диффузия — движение в плоскости бислоя, вращательная диффузия вокруг продольной оси молекул, вертикальные колебания липидных молекул, переход липидных молекул из одного монослоя в другой (флип-флоп). Эти движения делают бимолекулярный слой липидов необычайно динамичным. Методами ЭПР и ЯМР показано, что переход фосфолипидных молекул из одного монослоя в другой протекает очень медленно. На все типы молекулярных движений липидных молекул сильное влияние оказывает состояние, в котором в данный момент находятся липиды бислоя, т. е. фазовые переходы липидов, переход их из гелеобразного в жидкокристаллическое состояние.

Фазовые переходы липидов

Фазовые переходы —это замечательное свойство липидов проявляется в том. что при определенных температурах, строго характерных для каждого вида липидов, липидные мицеллы могут быть в «твердом», организованном, состоянии или в «жидком», мезофазном, так называемом жидкокристаллическом состоянии. Жидкие кристаллы называют анизотропными жидкостями, так как оптически они сходны с кристаллами, проявляющими анизотропные свойства (разные свойства в различных направлениях), а механически сходны с жидкостью (изотропны), так как текут в зависимости от вязкости. Жидкокристаллическое состояние липидов допускает различный уровень молекулярной организации дает ряд производных холестерина. Молекулы ор* вязкость, состоящая из слоев, организованных в ряды или наугад; "riemactic (нитеподобная) организация — менее упорядоченная," чем первая, вязкая, молекулы не в слоях, но оси их параллельны длинным осям молекул: cholesteric — этот уровень организации: smectic (мылоподобная) организация — мутная

82

ганизованы в слои так, что длинные осп молекул перпендикулярны плоскости слоя.

Изучение фазовых переходов липидов важно потому, что с помощью их можно анализировать структурно-функциональную активность мембран. Например, установлена прямая связь между активностью определенных транспортных систем и степенью организованности, или жидкостности, мембранных липидов.

Фазовый переход липидов „явджхся^ эндотермическим процессом, сопровождав^ изменением "энтропии и энтальпии. Кроме этих термодинамических параметров фазовый переход характеризуется ^оперативностью, которая отражает число молекул, участвующих в нем. Для определения кооперативное™ введен так называемый фактор кооперативное™. В тех случаях, когда переход некооперативный, этот фактор равен единице и уменьшается с увеличением кооперативное™. Для фазового перехода (гель—жидкий кристалл) дистеарил-, дипальмитил-, ди-миристолецитинов этот кооперативный фактор имеет значение 10~3, что указывает на высокую степень кооперативности. При увеличении длины цепи липидной молекулы он уменьшается, что подтверждает правило: при увеличении длины цепи липида возрастает .даолер ахи вн ость перехода. Так, при ^кооперативном переходе вышеуказанных липидов затрагивается не менее 30 молекул.

Увеличение длины липидной молекулы сказывается и на температуре фазового перехода. Для насыщенных лецитинов удлинение углеводородной цепи всего на две СН2-группы увеличивает температуру перехода t почти на 17°С. При одной и той же длине цепи температура перехода уменьшается со степенью насыщенности. Например, для дистеарилфосфатидилэтаноламина (Cis-кефалина) /=82° С, а для той же молекулы с одной трансдвойной связью (rpawc-Cis-кефалина) /=4ГС, введение цис-двойной связи снижает температуру фазового перехода этой молекулы до 15° С.

Фазовые переходы липидов зависят от химической структуры полярТгшГТрупгь Температуры переходов насыщенных кефали-нов почти на 26° С выше, чем температуры лецитинов, имеющих ту же длину цепи. Это объясняется тем, что поскольку в ке-фалинах полярные..группы менее массив то возможно электростатическое притяжение между липидными молекулами и, следовательно^ более плотйГйя'уТгаК&вКа бислоя. Кроме того, фа -зовый переход сильно зависит от степени гидратации липидных молекул и очень чувствителен к чужеродным молекулам, включенным в липидную мицеллу.

Вб^врЖя'фазбШх переходов происходят структурные изменения липидов, которые можно оценить методами ядерно-магнитного и электронноспинового резонанса, флюоресцентной техникой, объемометрическими измерениями. При^ переходе из организованного в жидкокристалли