Методы исследования мембранных структур

7

Дифракция рентгеновских лучей.

Этот метод в применении к изучению высокоупорядоченных кристаллических образований позволяет с высоким разрешением получать информацию о структуре. В случае малоупорядоченных препаратов возможности этого метода ограничены. Некоторые специализированные мембранные системы имеют регулярную структуру, поэтому их можно изучать рентгеноструктурными методами. Наиболее распространенным примером такого рода служит миелиновая оболочка, которая многократно оборачиваясь вокруг аксона, формирует регулярную систему из концентрических мембранных структур.

Исследования дифракции рентгеновских лучей на миелине, проведенные еще в 1930 г., подтверждают адекватность бислойной модели мембран. К такому же выводу приводит и изучение наружного сегмента палочек сетчатки позвоночных, которые представляют собой упорядоченные диски.

Этот метод применим и для изучения искусственно упорядоченных систем, которые образуются при коллапсировании в условиях центрифугирования мембранных везикул, полученных из митохондрий и эритроцитов. Однако рентгеноструктурные данные, полученные для разных мембран, различаются лишь незначительно, несмотря на большие различия в содержании белка (от 20 до 80%).

Хотя рентгеноструктурные данные позволяют получить некоторую информацию о том, как расположена в мембране основная масса мембранных белков (интегральных или периферических), в целом метод рентгеноструктурного анализа не дает детальной молекулярной картины.

В 1971 г. М. Уилкинс и соавторы показали, что метод дифракции рентгеновских лучей применим и для изучения водных дисперсий мембран и фосфолипидов. И в этом случае мембранные препараты, полученные из разных источников, дали сходную дифракционную картину, что подтверждает универсальность бислойной модели.

Этот метод может быть весьма полезен при исследовании упорядоченных липидно-водных систем, но невозможность получения детальной молекулярной картины с его помощью ограничивает его использование для изучения биологических мембран.

Электронная микроскопия

Просвечивающая электронная микроскопия тонких срезов миелина, как и многих других мембранных структур, выявляет характерную картину, состоящую из двух электроноплотных полос, разделенных промежутком около 8 нм (рис. 807251732).

Рис. 807251732. Просвечивающая электронная микроскопия тонких срезов миелина.

Такая картина получается в результате обработки мембранных препаратов четырехокисью осмия, обычно применяемой в этом методе.

Дж. Робертсон назвал наблюдаемую картину «унитарной», чтобы подчеркнуть её универсальность, и хотя молекулярные механизмы прокрашивания мембран осмием до сих пор не известны, эта структура долгое время рассматривалась как основное подтверждение справедливости бислойной модели мембраны.

Однако в этом методе есть существенный артефакт – при подготовке препаратов для анализа мембраны подвергаются неблагоприятным воздействиям. Обработка четырехокисью осмия приводит к значительной потере белка из эритроцитарной мембраны. И хотя наблюдаемая при этом трехслойная структура до некоторой степени отражает организацию бислойных мембран, более детальные сведения относительно локализации белков в мембране этим методом получить не удается.