Исследование биологических мембран
Страница 1

Липиды образуют большой гетерогенный класс органических молекул, которые могут быть экстрагированы неполярными растворителями. Наряду с изолированными молекулами, такими, как жирорастворимые витамины и стероидные гормоны, для которых ЯМР успешно применяется для установления химической структуры, важны также фосфолипиды, которые образуют шюские, надмолекулярные структуры – двойные липидные мембраны. В соответствии с той ролью, которую играют мембраны, они были исчерпывающе исследованы с использованием всех имеющихся в распоряжении биофизических методов, включая ЯМР.

При исследовании мембран всегда имеют дело с большим числом молекул. Мембраны, встречающиеся в природе, представляют собой очень сложные системы, состоящие из большого числа различных липидов и протеинов, встроенных в липидную мембрану. В силу этого исключительно сложно получить детальное представление об индивидуальных молекулах подобно тому, как это было сделано для протеинов в растворах. Только для некоторых модельных систем, таких, как мицеллы и липосомы, которые состоят из вполне определенных компонентов, можно надеяться на то, что будут получены надежные ответы на принципиальные вопросы, касающиеся их организации и движения. В дальнейшем результаты, полученные для модельных мембран, могут быть перенесены на мембраны, встречающиеся в природе.

В зависимости от температуры и состава мембраны могут существовать в различных физических фазах. При понижении температуры мембраны обнаруживают свойства твердых тел, при повышении температуры они переходят в жидкокристаллическое состояние, которое характеризуется большей подвижностью молекул в плоскости мембраны. В жидкокристаллическом состоянии найдено, что коэффициенты латеральной диффузии почти так же высоки, как и в воде. Как правило, в таком состоянии находятся биологически активные мембраны при физиологических условиях. Ограничение движения в одной плоскости приводит к тому, что в спектрах ЯМР наблюдаются достаточно широкие линии, так как в данном случае изотропное движение невозможно.

Ниже температуры перехода ширина спектральных линий очень велика и составляет несколько миллионных долей, что соответствует значениям, наблюдаемым для спектров ЯМР в твердых телах.

Так как фосфолипиды содержат фосфатные группы, с помощью ЯМР 31С можно наблюдать фосфорсодержащие липосомы. Выше температуры фазового перехода при благоприятных условиях в искусственных мембранных везикулах можно наблюдать сигналы от различных фосфолипидов. В малых везикулах удается различить линии, соответствующие фосфолипидам, находящимся на внутренней и внешней сторонах мембраны. Для более надежного отнесения соответствующих резонансных линий фосфолипидов на внутреннюю или внешнюю поверхность мембраны, необходимо добавить парамагнитное вещество, для которого проницаемость мембраны невелика, и в основном будет наблюдаться связывание этого вещества с фосфолипидом, находящимся на одной из сторон поверхности. Резонансные линии липидов, связанных с парамагнитным веществом, в этом случае сильно уширяются и практически не наблюдаются в спектре. Спектры ЯМР 31Р липосом также являются подтверждением сделанного ранее вывода о том, что увеличение напряженности магнитного поля далеко не всегда обеспечивает более высокое разрешение, так как для ядер фосфора вклад в релаксацию за счет анизотропии химического сдвига будет значительным. В этом случае скорость релаксации возрастает как квадрат напряженности магнитного поля), а разность значений химических сдвигов увеличивается с ростом поля линейно, поэтому уширение линий может компенсировать возрастание разрешения.

По этой причине в рассмотренных выше системах для более сильных полей не удается различить сигналы от фосфолипидов, находящихся на внутренней и наружной сторонах мембраны. Конечно липиды, входящие в состав мембран, можно исследовать с помощью ЯМР *Н. В этом случае удается отдельно наблюдать сигналы от различных групп, входящих в состав липидов. По спектрам ЯМР 13Си'Н при условии, что изотопное замещение проводится по строго определенным положениям, удается селективно наблюдать атомы, находящиеся в длинных углеводородных цепочках.

Липидные мембраны обладаю

т тем характерным свойством, что молекулы липидов определенным образом упорядочены. В одном из предельных случаев все молекулы полностью упорядочены, как в кристаллическом состоянии. Другим предельным случаем является статистический порядок, который в большей или меньшей степ

ени наблюдается для жидкостей и порошкообразных сред. Для количественного описания степени упорядочения, называемого жидкокристаллическим, исп

ользуется понятие параметра порядка. Эта величина является мерой макроскопического упорядочения некоторой величины в образце: например, упорядочения направления вектора, соединяющего два выделенных атома в молекуле, относительно некоторой оси. Параметр порядка может быть определен как величина, которая принимает значение, равное единице, если соответствующие величины, измеряемые в молекулах, являются одинаковыми для всех молекул, и значение, равное нулю, если эти величины принимают все возможные значения. На практике параметр порядка не всегда допускает такую простую и наглядную интерпретацию, а также не всегда удается установить непосредственную связь с величинами, которые могут быть измерены по спектрам.

Страницы: 1 2


Рекомендуем к прочтению:

Особенности эволюции живых организмов на разных уровнях развития
Особенности эволюции на клеточном уровне Рассмотрим подробнее особенности эволюции на клеточном уровне организации жизни. Наибольшее различие существует не между растениями, грибами и животными, а между организмами, обладающими ядром (эу ...

Результаты посевов для выявление возбудителей брожения пектиновых веществ
Во всех трех пробирках наблюдается помутнение среды, выделение газа, небольшое пенообразование. При микроскопировании обнаружены крупные палочковидные спорообразующие бактерии в виде барабанной палочки, окрашенные в синий цвет, с хорошо р ...

Практическое значение
Корсак является объектом пушного промысла. Приносит пользу истреблением грызунов. Точные данные о численности корсака отсутствуют. К охраняемым видам он не относится. Наиболее опасен для корсака вож, серьезным врагомявляется и лисица. Ко ...