1.1.2. Мембраналардың химиялық құрылымы.
Мембрананың құрамына кіретін негізгі химиялық қосылыстар – липидтер мен ақуыздар.
Мембраналық липидтер.
Мембраналық липидтердің негізгі функциясы - биқабаттық матриксті қалыптастыру. Негізгі класс - глицерофосфатидтер. Мембраналық липидтер амфифильдік құрылымдарға жатады, яғни екі бөліктен тұрады: полярлы бастан және судан қорқатың гидрофобтық құйрықтан
Глицерола деп аталатын гидроксильді топ, құрамына фосфат кіретін, полярлы топпен байланысады, екі басқа гидроксильді топ гидрофобтық қалдықтармен байланыста болады (сурет 3).
Майлы қышқылдардың
тізбектері
Сурет 3 - Фосфатидилэтаноламиннің амфифильдік молекуласының құрылымы.
Фосфоглицеридтердің көбісінде фосфаттық топ глицеролдың sn-З-қалыпында жатады да холинді, этаноламинді, миоинозитольды, серинді немесе глицерольды топтармен байланысады.
Май қышқылдарының құрамына көміртек атомдарының тек қана жұп саны креді (14-тен 24-ке дейін). Қанықпағандықтың дәрежесі түрлі болады, бірақ жиі кездесетіндері - 18:1, 18:2, 18:3 и 20:4. Табиғатта кездесетін май қышқылдары екілік байланыстардың цис-конфигурациясымен сипатталады. Фосфолипидтердің көбісінің құрамына бір қаныққан және бір қанықпаған тізбек кіреді. Жануарлардың жасушаларында қанықпаған тізбек глицеролдың sn-2-қалпында жатады.
Мембраналық ақуыздар
Липидтер мембраналардың биқабаттарының құрылымын тұрақтандыру ролін атқарса, ақуыздар биомембраналардың белсенді компоненттері болып табылады. Мембраналық ақуыздардың құрылымы әртүрлі, олардың молекулярлық массасы 10000-наң 240000 D (Дальтон) дейін жетеді.
Мембраналық ақуыздар интегралды және перифериялық ақуыздарға бөледі. Интегралды ақуыздардың құрамына кең көлемді гидрофобтық аймақтар кіреді, және олар суда ерімейді. Мембранаға бекітілу тәсілдері суретте бейнелген (сурет 4).
1
2 3 4
5
6
7
Cурет 4 – Мембраналық ақуыздардың мембранаға бікітілу тәсілдері. 1 – зәкір функциясын атқаратын интегралды ақуызбен байланысу (сукцинат-дегидрогеназа), 2 – биқабатпен электростатикалық әрекеттесу (миелиннің негізгі ақуызы), 3 - гидрофобтық байланысу (Е. Coli пируват-оксигеназасы), 4 – қысқа сегменттен тұратын зәкір арқылы (цитохром), 5 – жеке трансмембраналық сегмент (гликофорин), 6 - көптеген трансмембраналық сегменттер (лактозопермеаза), 7 - ковалентті байланған липидтен тұратын зәкір (сілтілі фосфатаза).
Құрамына сәйкес ақуыздар β-қабаттар мен α-спиральдарға бөлінеді.
Функциясына сәйкес ферменттік, тасымалдаушы, реттеуші және тіректі-құрылысшы ақуыздар болады.
1.1.3. Модельдік мембраналар
Липосомалар.
Липосомаларды немесе фосфолипидті везикулаларды липидтерді суға шашырату арқылы алады. Әрекеттесулердің типіне сәйкес не мульти-, не моноламелярлы липосомалар пайда болады (сурет 5).
Фосфолипидтер
Мультиламеллярлық липосомалар
Моноламмелярлық липосомалар
Жылдам
Баяу
Ультрадыбыс
Сурет 5 - Фосфолипидтік везикулалардың құрылуының схемасы (Рубин А.Б., 1999)
Қарапайым механикалық әрекеттесулердің нәтижесінде көпқабатты құрылымдар пайда болады. Липидті қабаттардың қалындығы 6,5 - 7,5 нм., ал ара қашықтықтықтары 1,5 - 2 нм. дейін жетеді. Көпқабатты липосомалардың диаметрі 60 нм. мен 400 нм. арасында болады. Мультиламелярлы липосомаларды липидті биқабаттың тосқауыл функциясын зерттеу үшін қолданылады.
Ультрадыбыстың әсерінен моноламеллярлық везикулалар (20-40 нм.) пайда болады. Моноламеллярлық липосомаларды көптеген медико-биологиялық зерттеулерде қолданады, бірақ көлемі кішкене көлемі мен осмостық пассивтілігімен байланысты олардың зерттеулерде қолдануы шектеулі. Қазіргі заманда диаметрі 100 нм. астам үлкен моноламелярлы липосомаларды жасау әдістемелер дамыған.
Көптеген мембраналық ақуыздарды жасанды везикулалық мембраналардың құрамына енгізуге болады. Ондай комбинативті жүйелер протеолипосомалар деп аталады. Ақуыздарды липосомаға енгізуінің тиімділігі мембраналардың липидті құрамынан, рН, тұздық құрамынан, температурадан және т.б. факторлардан тәуелді. Медицинада липосомаларды дәрілерді ағзалар мен ұлпаларға жеткізу үшін микрокапсула ретінде қолданады (мысалы, инсулинді жеткізу үшін).
Жалпақ биқабатты липидті мембраналар.
Мембраналардың липидтік биқабатының өтімділігін зерттеу үшін жалпақ биқабатты мембраналар (БЛМ) қолданылады. БЛМ дайындау үшін ішндн электролиттің ерітіндісі бар стақанның ішіне қабырғасында диаметрі 1 мм. тең тесік бар тефлоннан жасалған басқа стақанды орналастырады (сурет 6).
Сурет 6 – Жалпақ биқабатты липидті мембраналарды дайындау схемасы. Шыныға (1) электролиттің ерітіндісін қосады (2) және ішіне тефлонан жасалған ыдысты батырады (3). Ыдыстың қабырғасында тесік болады - (4).
Стақанның қабырғасындағы тесікке капиллярмен фосфолипидтердің сұйық гептан немесе гександағы ерітіндісінің тамшысын еңгізеді (сурет 7).
Сурет 7 – Тефлондық ыдыстың қабырғасындағы жалпақ липидті биқабатты мембранасының құрылуы. А – Капиллярмен (4) гептандағы фосфолипидтің ерітіндісінің тамшысын (5) ыдыстың қабырғасының тесігіне (3) еңгізіледі. В – тамшы тесіктің қуысына жайылады. С – ерітуші зат біртіндеп азаяды және липидті мембрана құрылады. D – құрылған липидті мембрана.
Құрылған жалпақ мембананың липидтерінің молекулаларының бастары су ортасына қарай орналасады, ал гидрофобты құйрықтар тамшының ішіне тығылады.
Бұл құбылысты алғашқы рет О. Мюллер байқаған. Ол екі су фазаларын шектейтін, ауданы 0,5-5,0 мм2 тефлондық ыдыстарынң кішкене тесіктерінде мидің фосфолипидтерінен құрылған БЛМ алған.