Структура і моделі мембран
До складу мембрани входять молекули ліпідів (речовин на основі жирних кислот). Молекула ліпіда складається з двох частин: діполь-
Ної головки і вуглеводневої хвоста. Цей хвіст являє собою два ланцюжки атомів вуглецю, в яких до кожного з атомів вуглецю приєднані один або два атоми водню. За своїм складом і будовою ці ланцюжки те саме молекулам парафіну і теж не змочуються водою, гідрофобні. Дипольні головки, навпаки, гідрофільних, так як їх диполі можуть притягатися до диполя води. На малюнку 11.2 показаний розріз ділянки мономолекулярного шару ліпідного матриксу.
Шар не розпадається з двох причин: 1) дипольні головки притягуються сильніше до диполя води (взаємодія різнойменних зарядів), ніж відштовхуються один від одного (взаємодія однойменних зарядів головок); 2) через наявність водневих зв’язків між вуглеводневими хвостами.
Структурну основу будь мембрани становить подвійний фосфоліпідний шар (рис. 11.3). Молекули фосфоліпідів орієнтовані так, що їх гідрофільні головки виходять назовні і утворюють зовнішню і внутрішню поверхні мембрани, а гідрофобні “хвости” звернені до середини бімолекулярного шару, тобто всередину мембрани. Гідрофільні головки взаємодіють із зовнішніми білковими шарами і молекулами води поза і всередині клітини і утворюють з ними водневі зв’язки.
Подвійний фосфоліпідний шар виконує функції матриці для різних білків (на одну молекулу білка доводиться 75-90 молекул ліпідів). Білки як би плавають у ліпідному шарі.
Поверхневі білки (пб). Ці білки розташовуються на зовнішній та внутрішній поверхнях мембрани, утримуючись переважно електростатичними силами. Такі білки займають 75-80% поверхні. Білкові молекули покривають мембрану з обох сторін і надають їй еластичність і стійкість до механічних пошкоджень.
Інтегральні білки (ІБ). Ці білки можуть пронизувати подвійний шар ліпідів наскрізь. Такі білки є головним компонентом, відповідальним за виборчу проникність клітинної мембрани. Деякі з них (к) утворюють систему селективних каналів (пор) або функціонують як іонні насоси та регулюють, наприклад, електрохімічний систему збудження клітини. Діаметр каналів складає 0,35-0,8 нм. Кількість їх відносно невелика (наприклад, в еритроцитах вся площа каналів складає 0,06% від площі поверхні). Полярні групи молекул білків в каналах спрямовані в бік отвору каналів, а неполярні вступають у взаємодію з молекулами ліпідів. Стінки каналів володіють електричними зарядами.
Моделі мембран
Уточнення будови біомембран і вивчення їх властивостей здійснюються з використанням фізико-хімічних моделей мембрани.
Перша модель – моношар. Молекули фосфоліпідів, будучи поміщеними на межу розділу вода-повітря (вода-масло), шикуються в один шар так, що гідрофільні (полярні) головки занурюються у воду, а гідрофобні “хвости” в контакт з водою не вступають, залишаються в повітрі (маслі ). Молекули фосфоліпідів як би “відшаровуються” від води. Поки молекул небагато, вони розташовуються на поверхні, “припавши” до води головками і виставивши назовні хвости (рис. 11.4, а).
Друга модель – плоский бислой. Якщо у водному розчині ліпідних молекул стає більше, то ці молекули збираються разом так, що гідрофобні вуглеводневі ланцюги закриті від води, а полярні головки, навпаки, виставлені у воду (рис. 11.4, б). Така модель дозволяє вивчати іонну проникність, генерацію електричного потенціалу на мембрані.
Третя модель – одношарова ліпосоми. Ліпідні бішари, якщо вони мають велику протяжність, прагнуть замкнутися самі на себе, щоб заховати гідрофобні “хвости” від води. При цьому утворюються фосфоліпідні везикули – одношарові ліпосоми (рис. 11.4, в). Вони являють собою дрібні бульбашки (везикули), що складаються з біліпідний мембрани. Ліпосоми фактично є біологічною мембраною, повністю позбавленою білкових молекул. На ліпосомах часто проводять експерименти з вивчення впливу різних чинників на властивості мембрани або, навпаки, впливу мембранного оточення на властивості вбудованих білків.
У медицині ліпосоми використовуються для доставки лікарських речовин в певні органи і тканини. Таким способом готуються ліпосомальні креми та мазі в дерматології та косметології. Самі ліпосоми нетоксичні, повністю засвоюються в організмі і є надійною ліпідної мікрокапсул для спрямованої доставки ліків.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)