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. www.wayculture.ru

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:

Задачи, объекты и методы биомеханики
Биомеханика - раздел биофизики, изучающий механические свойства живых тканей, органов и организма в целом, а также физические явления, происходящие в них в процессе жизнедеятельности и перемещения тела в пространстве (при движениях, дыхан ...

Личный вклад
Автор работы принял личное участие в сборе полевого материала и лабораторных исследованиях под руководством научного сотрудника ГУ « Волгоградский региональный ботанический сад» Ю.Б. Утц и благодарит за предоставленную возможность проведе ...

Влияние микроклимата города на здоровье горожан
Все виды реакций организма на действие метеорологических факторов, а также связанные с ними заболевания, называются метеотропными. В организме человека существует механизм адаптации, т.е. сохранение устойчивого состояния при изменении усл ...