Лекция 8

1. Лекция 8. Конформационные свойства мембран. Фазовые переходы в мембранных системах. Гипотеза петли (кинка).

2. Фазовые переходы в мембранных системах

Природные и искусственные мембранные системы могут
находиться в двух основных фазовых состояниях: в состоянии гель
(твердый двумерный кристалл) или в жидкокристаллическом (жидкая
пленка) состоянии.
Температурная точка основного фазового перехода Тфп систем,
образованных из индивидуальных липидов зависит:
- от длины углеводородных цепей липидов
- степени ненасыщенности углеводородных цепей липидов
Температура фазового перехода
длина углеводородных цепей
Температура фазового перехода
степень ненасыщенности цепей

3.

В обоих состояниях (в состоянии гель и в жидкокристаллическом
состоянии) сохраняется бимолекулярная структура липидной фазы, а
молекулы фосфолипидов имеют плотную, , гексагональную упаковку в
плоскости мембраны.
Но плотность этой упаковки
все же различна в твердом
и жидком состоянии:
- молекула фосфатидилхолина занимает в твердом бислое площадь
0,46 — 0,48 нм2 а в жидком бислое —0,6—0,8 нм2 . Соответственно
изменяется толщина бислоя.

4.

Жидкое и твердое состояние бислоя различается и по многим
другим характеристикам:
- вязкости липидной фазы;
- растворимости различных веществ в липидной фазе.
Состояние бислоя зависит:
- от химического состава липидов формирующих бислой;
- числа заряженных групп приходящихся на единицу поверхности
мембраны;
- температуры.

5.

Для изучения фазовых переходов изменяют температуру образца
и следят за изменением какой-либо характеристики, различающейся
у твердой и жидкой мембраны.
Такой характеристикой могут быть
- растворимость веществ в мембране;
- спектры комбинационного рассеяния;
- светорассеяние суспензии
- форма сигналов ЭПР свободных радикалов в липидной фазе;
- интенсивность или спектр флюоресценции флюоресцентных зондов.

6.

Соотношение жидкой и твердой фазы в липидном бислое изменяется
при
нагревании.
Температура,
при
которой
половина
молекул
фосфолипидов в системе входит в твердый бислой, , а половина — в
жидкий, называется температурой фазового перехода.
В
функционирующих
биологических
мембранах
липидный
слой
находится в жидком состоянии.
При охлаждении органов, тканей и отдельных клеток до температур
ниже
10—30°С
в
мембранах
происходит
последовательное
«вымораживание» тех липидов, для которых Тс (температура плавления
синтетических фосфолипидов) оказывается
выше
температуры
окружающей среды.
Образующиеся твердые участки липидного слоя (домены) имеют иной
химический состав, , чем жидкие участки; растворенные в липидной
фазе мембран низкомолекулярные соединения и белки вытесняются при
этом в жидкокристаллические области мембраны.

7.

Число молекул, входящих в такой участок, , называют размером
кооперативной единицы.
Изучение фазовых переходов и оценка размеров кооперативных
единиц при плавлении фосфолипидных бислоев осуществляются
методом микрокалориметрии.
С
помощью
дифференциального
сканирующего
микрокалориметра,
измеряют
теплоемкость
суспензии
фосфолипидов (в
качестве
образца
сравнения
берут
соответствующий
водный раствор) при разных температурах в
области фазового перехода.

8.

Зная количество фосфолипида в пробе (в молях) можно рассчитать
молярную энтальпию (функцию состояния термодинамической
∆