Биологический каталог




Структура и функции мембран

Автор В.К.Рыбальченко, М.М.Коганов

можно получить цельную и непротиворечивую картину, отражающую механизмы функционирования биологических мембран.

Липосомы. Не менее распространенной моделью биологических мембран являются липосомы. Они известны уже около 20 лет с тех пор как впервые было обнаружено, что при механическом воздействии на дисперсии фосфолипидов образуются сферические пузырьки. Эти образования, представляющие собой двойные монослои, в которых молекулы фосфолипида обращены неполярными частями друг к другу, а полярными частями в водный раствор, и были названы липосомами.

Обычно размер липосом колеблется от нескольких десятков нанометров для маленьких липосом (состоящих из одного двойного слоя, так называемых моноламеллярных) до нескольких сотен нанометров или даже микрометра для крупных мультиламеллярных липосом (состоящих из многих двойных слоев).

Липосомы являются прекрасными экспериментальными моделями природных биологических мембран. Они позволяют изучать многие свойства природных мембран, которые связаны в первую очередь с составом и состоянием фосфолипидной фазы. Биологические мембраны состоят из тех же фосфолипидных слоев, хотя и содержат в себе еще и многочисленные белковые молекулы.

Какими же физико-химическими свойствами обладают искусственные мембраны — липосомы? Важной характеристикой природных мембран является степень подвижности составляющих их молекул фосфолипидов. Липосомаль-ные мембраны также представляют собой динамические образования, т. е. молекулы фосфолипидов в них способны к латеральной диффузии (перемещению в пределах монослоя), к изменению ориентации относительно друг друга и переходам из одного монослоя в другой (флип-флоп).

Второе свойство мембран, которое прекрасно моделируют липосомы, — проницаемость для различных соединений. Если в природных мембранах проницаемость' может регулироваться присутствием большого числа встроенных в мембрану белковых молекул, то на липосомальиой мембране можно изучать проницаемость липидного бислоя для различных соединений и при различных условиях, а также участие в этом процессе белковых и других компонентов мембран, «вмонтированных» в липосомы.

Проницаемость липосомальной 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.

С медицинской точки зрения наиболее интересно изучить взаимодействия липосом с различными клетками, которые в известной степени моделируют межклеточное взаимодействие. В ряде экспериментов показано, что при взаимодействии не только клетки захватывают липосомы, но и. липосомы могут оказывать на клетки заметное воздействие, которое зависит от состава липосомальных мембран.

Сейчас уже можно с уверенностью сказать, что ценность липосом заключается не только в их пригодности для теоретических исследований, но и в широком практическом использовании. Липосомы оказались пригодным носителем для транспорта лекарств в организме: они не вызывают нежелательных реакций организма на их введение и, кроме того, составляющие их липиды могут быть утилизированы в качестве компонентов клеточных мембран.

Липосомы эффективно предохраняют включенное в них вещество от контакта с ферментными системами организма, не допускают преждевременной инактивации лекарства и обеспечивают его постепенный выход.

К настоящему времени разработано несколько способов получения липосом, каждый из которых позволяет получать липосомы не только самых разных размеров и с разным количеством концентрических бислоев, но и включать в них разнообразные химические соединения и биологически активные макромолекулы.

Липосомы получают как из природных, так из синтетических фосфолипидов. Как правило, в исходную липидную смесь вводят дополнительно холестерин (иногда до 40 %), что придает мембранам повышенную прочность. ч

¦Фосфолипид

Рис. 31. Получение моиоламелляриых липосом методом УЗ-обработки

Один из самых первых методов получения липосом — это воздействие ультразвука на систему фосфолипид — вода. Органический раствор фосфолипидов выпаривают до получения -тонкой липидной пленки, которую затем заливают или водным буферным раствором, или раствором, содержащим соединение, которое предполагают включить в липосомы. Можно просто нанести сухой фосфолипид на поверхность водного раствора. При механическом встряхивании образуется мутная суспензия, содержащая крупные комочки липида или многослойные липосомы. Последующая ультразвуковая обработка приводит к дроблению липидных частиц и образованию почти прозрачной, слегка опалесцирующей суспензии. По данным электронно-микроскопического анализа, она содержит мелкие, в несколько десятков нанометров, большей частью однослойные липосомы (рис. 31).

Разработаны и другие способы получения липосом — методы с использованием детергентов, удаление которых производится либо при помощи диализа, либо при помощи гель-фильтрации на сефадексе. По мере удаления детергентов образуются большие везикулы — до 1 мкм.

2.5. СЛИЯНИЕ И РЕКОНСТРУКЦИЯ МЕМБРАН

Успехи современной биологии делают возможным не только исследование сути биологического явления, но и познание интимных механизмов функционирования биологических систем на таких уровнях организации, как мембранные структуры клеток и молекулы. В этом плане огромные возможности и перспективы открывают перед современными исследователями методы реконструкции мем-бранно-связанных ферментов в мод

страница 48
< 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
(21.11.2019)