Биологический каталог




Структура и функции мембран

Автор В.К.Рыбальченко, М.М.Коганов

нанесенных в капле органического растворителя на отверстие в тефлоновой перегородке, самопроизвольно истончаться до толщины бислоя. Этот многостадийный процесс, в определенной степени моделирующий самосборку биомембраны, можно наблюдать при помощи микроскопа с осветителем. Рис. 29. Схема получения бислойных мембран (БЛМ):

а — формирование БЛМ (/ — бислой, 2 — тор); б — БЛМ в виде струбы»; в — получение БЛМ регулируемой площади; г — формирование «сухнх» мембран по Монталу; д — поперечное сечение разветвленной мембраны

При нанесении капли раствора фосфолипидов на отверстие в перегородке наблюдается так называемое первичное почернение мембраны — ее толщина значительно превышает длину волны видимого света. Затем мембрана истончается и дает интерференционную картину, так как толщина ее становится соизмеримой с длиной волны видимого света. Терминальная стадия процесса образования бислоя— вторичное почернение — наблюдается в результате уменьшения толщины мембраны до 5—6 нм. Истончение пленки обусловлено выталкиванием воды из густого внутреннего слоя мембраны в электролит и перемещением фос-фолипидных молекул к краям отверстия. В результате этих процессов на отверстии в гидрофобном материале формируется двойной фосфолипидный слой, причем полярные группы монослоев обращены в раствор, омывающий мембрану, а неполярные ориентированы внутрь структуры. Мембрана стабилизируется электростатическими взаимодействиями между ионами электролита и заряженными группами фосфолипидов, а также силами сцепления Лондона и Ван-дер-Ваальса, которые действуют между гидрофобными участками фосфолипидных молекул.

При помощи электродов, введенных в растворы электролита и подключенных к измерительному прибору, можно регистрировать сопротивление бислоя, его емкость и трансмембранную разность потенциалов. Как видно из табл. 3, 3. Параметры биомембраиы и бислоя, полученного по методу П. Мюллера

Параметр Биомембраиа Бнслой

Толщина липидного слоя, нм Электросопротивление, Ом/см2 Электрическая емкость, мкФ/см2 Поверхностное натяжение, Н/ см Проницаемость для воды, мкм/мин/атом Напряжение разрыва, мВ 6,0-8,0 102—106 0,5—1,3 (о,оа—з,о) ю-3 0,1—3,0 110(0—300 6,1 ±1,0' (0,25—4) 10е 0,75 0,5-10~в 0,1© 20О±2О

основные свойства биологической мембраны и бислоя, подученного из яичного фосфатидилхолина в тетрадекане, довольно близки между собой.

Первоначально для формирования бислойной фосфоли-пидной мембраны использовалась общая фракция фосфолипидов мозга быка. Впоследствии в зависимости от объекта исследования начали использовать фракции липидов из растений, различных субклеточных структур — митохондрий, хлоропластов, плазматических мембран, а также из микроорганизмов и отдельных групп клеток, например «теней» эритроцитов. В последние годы все чаще используются гомогенные препараты фосфолипидов — фосфати-дилхолин, фосфатидилсерин, фосфатидилэтаноламин, холестерин и синтетические фосфолипиды. В качестве растворителей обычно применяются га-алканы, особенно широко — гептан и декан.

Бислой, сформированные по методу П. Мюллера и сотрудников, называют мюллеровскими мембранами. Наряду с ними используются сферические бислой, которые образуются при выдувании раствора фосфолипидов из гидрофобной трубочки, погруженной в раствор электролита. Учитывая, что радиус кривизны таких мембран достаточно велик (до 1 см), криволинейность их поверхности несущественна. Такие мембраны могут считаться эквивалентными плоским. При этом они имеют гораздо большую площадь, чем мюллеровские, что особенно важно при исследовании трансмембранного массопереноса изотопными или другими методами.

Оба типа мембран — мюллеровские и сферические — содержат в своем составе значительное количество органического растворителя, которого нет в биомембранах. Поэтому более адекватной моделью биомембран являются Рис. 30. Конструкции ячеек, предназначенных для получения и исследования БЛМ:

а — ячейка для формирования мюллеровских мембран; б — ячейка для формирования сферических мембран; в — ячейка для формирования монталовских мембран. Показано подключение электродов для отведения разности потенциалов или пропускания тока. Справа вверху изображены разрезы, проходящие через мембраны

бислой, получаемые по методу М. Монтала и П. Мюллера. Эти мембраны формируются путем соединения двух мбно-слоев фосфолипнда, предварительно образованных на границе раздела фаз электролит — воздух. Монослои, соединяющиеся своими гидрофобными зонами после испарения растворителя с границы раздела, могут быть сформированы из двух различных фосфолипидов, что позволяет получать асимметричные бислой, называемые монталовскими.

На рис. 30 схематически показаны конструкции ячеек, позволяющих получать мюллеровские (а), сферические (б) и монталовские (в) бислой. Следует подчеркнуть, что тип используемой мембраны зависит от задачи исследования. Так, сферические бислой наиболее удобны для изучения процессов массопереноса и слияния мембран, а плоские — для изучения влияния различных веществ на электрические характеристики бислоя.

При помощи БЛМ были выяснены механизмы действия ряда фармакологических препаратов, разобщителей окислительного и фотосинтетического фосфорилирования, ионофоров. Значительный интерес представляют работы по реконструкции на бислоях функциональной активности различных энергозависимых систем биологических мембран, ответственных за гормональную рецепцию, транспорт ионов, полиэлектролитов, за иммунологические процессы. Крупным достижением последнего десятилетия является реконструкция на бислоях некоторых белково-липидных комплексов биомембран, например, АТФ-аз, а также выяснение механизмов слияния мембранных систем.

Следует подчеркнуть, что.в последние годы становится доминирующей тенденция к исследованию все более сложных искусственных мембранных комплексов, работа которых изучается одновременно электрическими, изотопными и оптическими методами. Только в результате такого интегрального подхода к изучению мембранных процессов

страница 47
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109

Скачать книгу "Структура и функции мембран" (2.22Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(22.11.2019)