42) Образование мицелл, монослоёв, бислоёв и липосом фосфолипидами. Их роль. Структура, св-ва и функционирование биологических мембран.

Когда амфипатические вещества смешиваются с водой, их молекулы спонтанно организуются таким способом, который удовлетворяет одновременно двум противоположным требованиям. Они организуются так, что их гидрофильные «головки» погружаются в воду в то время как гидрофобные «хвосты» в контакт с водой не вступают, а контактируют только между собой, с воздухом или гидрофобными средами, например маслом. По существу, таким путем могут образовываться три разные структуры: однослойные (монослои), мицеллы и двуслойные (бислои).

При встряхивании в воде или водных растворах фосфолипиды и гликолипиды спонтанно формируют мицеллы, в которых углеводородные «хвосты» липидов спрятаны внутри структуры, а электрически заряженные гидрофильные «головки» располагаются на поверхности частиц, взаимодействуя с водным окружением (рис. 11.12). Такие мицеллы могут состоять из многих тысяч липидных молекул. Фосфолипиды и гликолипиды способны спонтанно образовывать мицеллы.

Мицелла

Агрегация молекул солей желчных кислот в минимальные мицеллы и последующее образование смешанных мицелл, содержащих продукты гидролиза жиров, облегчают всасывание липидов из тонкого кишечника.

Полярные липиды способны также растекаться по поверхности водных растворов, образуя слой толщиной в одну молекулу – монослой. В этих системах углеводородные «хвосты» обращены к воздушной среде и избегают, таким образом, контакта с водой, а гидрофильные «головки» погружены в полярную водную фазу (рис. 11.13). Соответственно, на поверхности раздела фаз масло – воздух молекулы полярных липидов располагаются таким образом, чтобы полярные группы находились в воздушной среде, а неполярные гидрофобные группы – в масляной фазе.

Возможен и еще один способ организации полярных липидов, удовлетворяющий гидрофильным и гидрофобным требованиям фосфолипидов и гликолипидов, – это образование бимолекулярного слоя, или липидного бислоя. Оказывается, в водной среде большинство фосфолипидов и гликолипидов образуют именно бислои, а не мицеллы. Такое предпочтительное образование структуры бислоев имеет огромное значение в биологии. Бислои, образованные такими полярными липидами, считают основой структуры биологических мембран. Действительно, размеры мицелл обычно невелики – менее 20 нм в диаметре. Бимолекулярные слои, напротив, достигают макроскопических размеров, вплоть до миллиметра (10⁶ нм). Именно фосфолипиды и гликолипиды являются ключевыми компонентами биологических мембран, т.к. они легко образуют бимолекулярные слои. В зависимости от природы содержащихся в них жирных кислот липидные бислои имеют толщину от 6 до 7 нм. Важно и то, что эти бислои, несмотря на жидкое состояние, могут выполнять функцию барьеров проницаемости.

Клеточная мембрана - это неотъемлемый компонент любой клетки. Ее роль в первую очередь состоит в том, чтобы отграничить внутреннее пространство клетки от внешней среды, а у эукариот, кроме того, разделить внутреннюю часть клетки на функционально значимые отсеки: ядро и митохонодрии. Во внешней клеточной мембране (цитолеме) функционируют транспортные белки, рецепторы. Структурной основой всех мембран являются липиды, в частности фосфолипиды, представленные двумя соединениями фосфодиацилглициринами и сфингомиелинами.

Мембраны представляют собой плоские образования толщиной в несколько молекул (60-100 Å). Основу составляет липидный бислой, где гидрофильные головки обращены к воде внутри и снаружи клетки, а гидрофобные хвосты из жирных кислот как бы выталкиваются из воды и сливаются между собой внутри мембраны (рис. 4.7.1.). Отдельные участки мембраны, липиды которых содержат больше насыщенных ЖК находятся в жестком состоянии, другие, где содержится больше ненасыщенных ЖК, в более расплавленном. Между ацилными цепями липидного бислоя содержится холестерол, он препятствует их кристаллизации, т.е. поддерживает состояние текучести.

 Мембрана не статическое образование, а благодаря жидкокристаллической структуре она является двухслойным раствором, в котором липиды способны диффундировать как параллельно поверхности мембраны, так и из одного монослоя в другой.

В структуру мембран обязательно входят белки и их состав варьирует в зависимости от функции той или иной мембраны. В зависимости от прочности связи с мембраной различают периферические и интегральные белки. Интегральные белки располагаются между липидами монослоя или пронизывают весь бислой, часто возвышаясь над поверхностью мембраны. Периферические белки связаны с мембранами электростатическими и водородными связями и часто взаимодействуют таким образом с интегральными белками

Белки выполняют следующие функции:

1)      транспорт (трансмембранный перенос веществ);

2)      преобразование энергии (ферменты дыхательной цепи);

3)      коммуникативную (рецепторные белки связывают клетку с окружающей средой);

4)      и ряд специфических функций.

Дикий пробел!