Структура и функции биологических мембран
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Литература для самостоятельной подготовки
1.Химия биологически активных природных соединений. / Под ред. Преображенского Н.А., Евстигнеевой Р.П., – М.: Химия,
т.1, 1970, т.2, 1976.
2.Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия. - М. 1987.
3.Брэй А., Рафф Л., Уотсон Р. Молекулярная биология клетки. –
М.: Мир, 1996.
4.Геннис Р. Биомембраны. Молекулярная структура и функции.
– М.: Мир, 1997.
5.Брагина Н.А., Миронов А.Ф. Мембранология. – М.: ИПЦ МИТХТ, 2002 (учебно-метод. пособие).
6.Брагина Н.А., Сорокоумова Г.М. Биомембраны: структура и функции. - М.: ИПЦ МИТХТ, 2008 (учебно-метод. пособие).
7.Болдырев А.А., Кяйвяряйнен Е.И., Илюха В.А.
Этот документБиомембранологиябыл отредактирован с Icecream PDF Editor. . - Петрозаводск , 2006, 236 с.
Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
8. Крепс Е.М. Липиды клеточных мембран, Л. 1981
Литература для самостоятельной подготовки
9.Бергельсон Л.Д. Биологические мембраны. М., 1978
10.Бергельсон Л.Д. Мембраны, молекулы, клетки М., 1981
11.Ивков В.Г., Берестовский Г.Н., Динамическая структура липидного бислоя. - М., 1981.
12.Ивков В.Г., Берестовский Г.Н. Липидный бислой биологических мембран. - М., 1982.
13.Болдырев А.А. Биологические мембраны и транспорт ионов. –
М.: Изд. МГУ, 1985.
14.Singer S.J., Nicolson G.L.,The fluid mosaic model of the structure of cell membranes. Science, 1972, v.175, p.720-731.
15.Артюхов В.Г., Наквасина М.А. Биологические мембраны. Структурная организация, функции, модификация физико-
химическими агентами. // Изд. ВГУ, 2000.
16.Льюин Б., Кассимерис Л. и др. Клетки. - М.: Бином, 2011, 951с.
17. Огурцов А.Н. Биологические мембраны. Харьков: НТУ «ХПИ»,
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте2012,PRO186версию, счтобы. убрать водяной знак.
ЗАНЯТИЕ 1
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Необходимость изучения
структуры биомембран
Интервью с Эрлом Сазерлендом. 1971 г. – Нобелевская премия в области
физиологии и медицины «за открытие ключевой роли циклической аденозинмонофосфорной кислоты (цАМФ) в передаче гормонального сигнала»
Вопрос: «Что больше всего помешало Вашему открытию механизмов передачи сигнала через клеточную мембрану?»
Этот документОтветбыл отредактирован: «с IcecreamНезнаниеPDF Editor. того, как она устроена.»
Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Предмет курса «Мембранология»
•Мембранология изучает вопросы структуры и функционирования биологических мембран
•Мембранология – экспериментальная наука
•Прикладные аспекты мембранологии - медицина и фармакология, техника и др.
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Роль мембранных структур в
клетке
Биологические мембраны – это
полупроницаемые барьеры, отделяющие содержимое клетки и внутриклеточные органеллы от окружающей среды
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Многообразие клеток и тканей
Прокариоты
Эукариоты
Ткани
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.
Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Прокариоты
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Необходимость присутствия биомембран в клетке
Разделение клетки на отдельные отсеки оказывается исключительно выгодным с химической точки зрения – обеспечивается координированное и эффективное протекание биохимических реакций:
1. В обычных условиях мембраны непроницаемы для многих веществ и ионов – это позволило в процессе эволюции выработать специальные механизмы преобразования энергии и передачи информации с использованием потенциальной энергии трансмембранного градиента концентраций некоторых веществ и ионов.
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Необходимость присутствия биомембран в клетке
2.Увеличивается скорость ферментативных реакций за счет локализации ферментов и субстратов во внутриклеточных органеллах, внутренний объем которых значительно меньше общего объема клетки.
3.Мембраны внутриклеточных органелл могут физически разделять в пространстве прямые и обратные реакции метаболического цикла.
4.Большинство клеточных ферментов работают на поверхности мембран – повышается эффективность катализа, т.к. трехмерная диффузия реагирующих веществ заменяется
на двумерную.
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Функции биомембран
•Мембраны как полупроницаемые барьеры - защитная функция для клеток и внутриклеточных органелл.
•Мембраны осуществляют избирательный транспорт различных веществ внутрь клетки и из нее.
•Передача информации посредством гормонов, медиаторов, нервного импульса.
•Преобразование энергии (синтез АТФ осуществляется на внутренних мембранах митохондрий за счет энергии трансмембранного
градиента концентрации протонов)
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Функции биомембран
•Процессы молекулярного узнавания происходят на мембранах клеток, где располагаются рецепторы гормонов, молекулы иммунной системы.
•Ферментативная деятельность мембран связана с координацией всех биохимических реакций, протекающих в клетке.
•Кроме основных, существуют и другие специальные функции мембран (мембраны
кишечника, органов чувств, хлоропластов).
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Функции биологических мембран
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
1.Барьерная (отделение клеток от внешней среды)
2. Транспортная (пассивный транспорт, облегченная диффузия и активный транспорт)
3. Рецепция (восприятие внеклеточных сигналов)
4. Регуляция
(мультиферментные системы)
5.Интеграционная
(взаимодействие с другими клетками)
6. Якорная (поддержание формы клеток)
Свойства биологических мембран
1.Исключительная тонкость биомембран – толщина
4-10 нм
2.Высокая прочность (на разрыв), гибкость
3.Электроизоляционность
4.«Источник» информации: благодаря мембранам клетки «узнают себе подобных, вступают с ними в контакт»
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Типы клеточных мембран
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.
•Плазматическая мембрана
•Мембрана ядра
•Сеть мембран ЭПР
•Мембраны аппарата Гольджи
•Мембраны лизосом и пероксисом
•Мембраны митохондрий
•Мембраны хлоропластов
•Другие специализированные мембраны (кишечника, органов чувств и т.д.)
Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Типы клеточных мембран
Эукариоты
Размер клеток
5-100 мкм
Четко оформленное ядро
Наличие клеточных органелл
Сложное деление клеток
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Типы клеточных мембран
1. Плазматическая мембрана – наружная
мембрана любой клетки, которая определяет ее величину и обеспечивает сохранение существенных различий между клеточным содержимым и окружающей средой. Она является высокоизбирательным фильтром, который поддерживает разницу концентраций ионов по обе стороны мембраны и позволяет питательным веществам проникать внутрь клетки, а продуктам выделения выходить наружу.
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
2. Мембраны клеточного ядра
Ядерная оболочка отделяет содержимое клеточного ядра от цитоплазмы. Она состоит из наружной и внутренней ядерных мембран, между которыми находится
перинуклеарное пространство.
Ядерная пора – участок ядерной оболочки, где смыкаются наружная и внутренняя ядерные мембраны. Внутренняя ядерная мембрана специфически взаимодействует с нижележащим белковым слоем – ядерной ламиной, которая способствует поддержанию формы ядра.
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Наружная ядерная мембрана составляет единое целое с мембранной системой эндоплазматического ретикулума.
Благодаря этому обе ядерные мембраны могут быстро сокращать или увеличивать свою поверхность.
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
3. Мембрана эндоплазматического ретикулума
Мембрана эндоплазматического ретикулума (ЭР)
отделяет полость ЭР от цитозоля.
Шероховатый ЭР- ЭР, усеянный рибосомами, расположенными на обращенной к цитоплазме стороне мембраны, место биосинтеза белков. Гладкий ЭР – ЭР, не содержащий рибосом, участвующий в биосинтезе липидов, в том числе высших жирных кислот и стеринов.
Липиды, белки и сложные углеводы транспортируются с помощью транспортных пузырьков во внеклеточное пространство и в различные клеточные органеллы через аппарат Гольджи
4. Мембрана аппарата Гольджи
Аппарат Гольджи состоит из стопок дисковидных цистерн, которые ограничены мембранами. Он имеет две стороны: формирующуюся (цис- сторону) и зрелую (транс-сторону).
Функция аппарата Гольджи – модификация Этот документ был отредактирован с Icecream PDF гликопротеиновEditor. для последующей секреции,
Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
включения в плазматическую мембрану и доставки в лизосомы.
5. Мембраны лизосом
Лизосома - мембранный «мешок», наполненный гидролазами, которые служат для контролируемого внутриклеточного расщепления макромолекул.
Особенности мембраны лизосомы:
1.наличие транспортного белка, накачивающего протоны в полость лизосомы для создания рН 5;
2.наличие белков-акцепторов для маркеров, находящихся на транспортных пузырьках (везикулах);
3.легкость удаления продуктов расщепления макромолекул;
4.устойчивость мембран лизосом к гидролитическому расщеплению (мембранные белки сильно
Этотгликозилированыдокумент был отредактирован с Icecream) PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
5. Мембраны пероксисом
Пероксисомы – органеллы,
содержащие окислительные ферменты, участвующие в деградации малых молекул (аминокислот, жирных кислот)
Содержат ферменты, разрушающие перекиси (каталазы); ферменты, участвующие в деградации высших
жирных кислот до ацетил–СоА.
Мембрана пероксисомы обладает высокой проницаемостью для всех субстратов, размер молекул которых меньше молекулы сахарозы.
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
6. Мембраны митохондрий
Митохондрии образованы двумя мембранами (внутренней и внешней), разделенными некоторым промежутком
(межмембранным пространством).
Матрикс - внутренняя область митохондрий. Кристы – складки в виде перегородок, образованные
внутренней мембраной.
Внутренняя мембрана содержит ферменты, участвующие в транспорте электронов и синтезе АТФ.
Наружная мембрана
Межмембранное
пространство
Внутренняя
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знакмембрана.
Матрикс
Типы клеточных мембран
Хлоропласты
содержат фотосинтетический аппарат, окружены двойной мембраной
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Строение прокариотической клетки
Клеточные органеллы у прокариот отсутствуют !!!
Клеточная стенка –
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.
Активируйтеэто дополнительнаяPRO версию, чтобы убрать водяной знак. жесткая защитная оболочка клетки
Строение клеточной стенки
бактерий
Грамположительные
бактерии
а
б
а – клеточная стенка:
1– пептидогликаны;
2– липотейхоевые кислоты;
3– тейхоевые кислоты
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.
Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
б – цитоплазматическая мембрана;
Грамотрицательные бактерии
а
б
в
г
а – внешняя мембрана (липопротеиды
и липополисахариды); б – пептидогликан; в – периплазма;
г – цитоплазматическая мембрана
ЗАНЯТИЕ 2
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Состав биологической мембраны
Биологические мембраны –
сложные, высокоспецифические образования, окружающие каждую клетку и субклеточную частицу, состоящие в основном из липидов, белков и углеводов.
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Состав биомембран
Основные компоненты биомембран:
•Липиды
•Белки
•Углеводы (в составе гликолипидов и гликопротеинов)
•Мембраносвязанная вода
Липиды и белки - 93-99%, Углеводы – 1-7%
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Состав биологических мембран
Липиды и белки - 93-99% |
Углеводы – 1-7% |
Соотношение этих компонентов различно для разных мембран
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Соотношение между белками и липидами в составе различных мембран варьирует в широких пределах:
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Мембрана |
Белки, |
Липиды, |
Углеводы, |
|
% |
% |
% |
||
|
||||
|
|
|
|
|
Печень |
44 |
52 |
4 |
|
мыши |
||||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Внутренняя |
|
|
|
|
мембрана |
76 |
24 |
0 |
|
митохондр |
||||
|
|
|
||
ий |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Миелин |
18 |
79 |
3 |
|
Эритро |
49 |
43 |
8 |
|
цит |
||||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Состав и структура плазматической мембраны эритроцитов
Актин
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Белки биологических мембран
1. Периферические белки – белки, удерживающиеся на поверхности мембран за счет электростатических взаимодействий или с помощью липидного якоря 
2. Интегральные белки – внутренние белки, находящиеся в липидном бислое и прочно связанные с липидным окружением
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Углеводы биологических мембран
Содержание углеводов в плазматической мембране варьирует от
2% до 10% ( по весу).
Углеводы входят в состав гликолипидов и гликопротеинов
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Липиды
Липиды – производные высших жирных кислот, спиртов и альдегидов
•Физические свойства липидов – нерастворимые в воде маслянистые вещества, из клеток липиды экстрагируют неполярными растворителями (эфир, хлороформ)
•В состав молекул липидов входят гидрофобные и гидрофильные компоненты
•По химическому строению липиды очень разнообразны
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Мембранные липиды: строение и функции
•Структура мембранных липидов
•Типы и классы липидов
•Минорные компоненты мембран
•Биосинтез жирных кислот
•Многообразие мембранных липидов
•Функции мембранных липидов
•Структурообразование липидов в воде
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Липиды
Липиды – производные высших жирных кислот, спиртов и альдегидов
•Физические свойства липидов – нерастворимые в воде маслянистые вещества, из клеток липиды экстрагируют неполярными растворителями (эфир, хлороформ)
•В состав молекул липидов входят гидрофобные и гидрофильные компоненты
•По химическому строению липиды очень разнообразны
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Типы и классы мембранных липидов
1. Глицерофосфолипиды
•самый распространенный класс мембранных липидов
•Х - полярная группа
•sn – номенклатура
•фосфатная группа в sn -3
положении глицерина
•в клетке расщепляются
ферментами - фосфолипазами
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Х – Полярная группа
Глицерофосфолипиды
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Глицерофосфолипиды
Х
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.
Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
2. Гликоглицеролипиды
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Структура |
|
|
|
|
|
|
|
Название |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
H2COH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
HO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
O |
|
|
CH2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Моногалактозилдиглицерид- |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
CHOCOR2 |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(МГДГ) |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2OCOR1 |
диглицерид (МГДГ) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H2COH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
HO |
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дигалактозил- |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дигалактозилдиглицерид |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O CH2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
OH HO |
|
|
|
|
|
|
|
O |
O CH |
|
диглицерид (ДГДГ) |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
(ДГДГ) |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CHOCOR2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2OCOR1 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H2C |
|
SO3H |
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сульфолипид |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сульфолипид |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
CH2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
OH CHOCOR2
CH2OCOR1
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Гликоглицеролипиды содержатся в основном в мембранах растений , сине-зеленых водорослях и бактериях
ЗАНЯТИЕ 3
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
3. Сфинголипиды
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Сфинголипиды
Структура
CH3(CH2)12 CH 
CH CH OH
CH3(CH2)n C |
NH C H |
O |
CH2 O |
|
Название
H |
Церамид (Сеr) |
Фосфосфинголипиды
O
|
|
|
|
|
|
|
|
OCH2CH2N+(CH3)3 |
Сфингомиелин |
||||
|
P |
|
|||||||||||
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O- |
|
|
|
|
|
|||||||
|
O |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
Cer-1-фосфорил- |
|||||||
|
P |
|
|
OCH2CH2NH2 |
|||||||||
|
|
|
|||||||||||
|
|
- |
|
|
|
|
этаноламин |
||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
O |
|
|
|
|
|
|||||||
Гликосфинголипиды |
|
||||||||||||
β |
|
|
D |
|
Gal |
Галактозилцерамид |
|||||||
|
|
||||||||||||
β |
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
Glc |
Глюкозилцерамид |
||
|
|
|
|
||||||||||
Ганглиозиды
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.
Glc |
|
Gal |
|
NeuNAc |
|
GM3 |
||
|
|
|
||||||
Glc |
|
Gal |
|
GalNAc |
|
GM2 |
||
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NeuNAc |
|
|||||
|
|
|
|
|||||
Glc |
|
Gal |
|
GalNAc |
|
Gal |
GM1 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NeuNAc |
|
|||||
|
|
|
|
|||||
Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
|
|
Гликосфинголипиды |
||
|
|
Цереброзиды и ганглиозиды |
||
|
|
|
Ганглиозиды – |
|
|
|
|
анионные |
|
Моногликозилцерамиды |
||||
гликосфинголипиды. |
||||
(цереброзиды) – в |
|
|||
|
Наибольшее |
|||
мембранах животных, |
||||
содержание |
||||
растений и |
|
|||
|
ганглиозидов в мозге |
|||
микроорганизмов |
|
|||
|
|
|||
О Н
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Гликосфинголипиды
•Ганглиозиды локализуются на
поверхности плазматической мембраны и отвечают за адгезию, электрофоретическую
подвижность клеток , участвуют в процессах избирательного транспорта ионов
• Гликосфинголипиды отвечают
за процессы молекулярного узнавания на поверхности клетки
• Детерминанты групп крови
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
4. Стерины
HO
HO
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
|
HO |
Холестерин |
Ситостерин |
|
HO |
Стигмастерин |
Эргостерин |
Стерины
Эфиры холестерина (животные клетки)
Биологические функции холестерина:
•Регулирует вязкость биомембран клетки (30% от всех липидов цитоплазматической мембраны)
•Предшественник стероидных гормонов
•Предшественник желчных кислот и витамина D3
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.
Активируйте PRO версию, чтобы убрать•водянойСтероидныезнак. алкалоиды и сапонины
Липидный состав некоторых
биологических мембран
(в % от общего количества)
|
Липид |
|
|
Эритроциты |
Миелин |
Митохондрии |
E. coli |
|
|
|
|
|
человека |
человека |
сердца быка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ФК |
|
1,5 |
0,5 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ФХ |
|
19,0 |
10,0 |
39,0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ФЭ |
|
18,0 |
20,0 |
27,0 |
65 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ФГ |
|
0 |
0 |
0 |
18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ФИ |
|
1,0 |
1,0 |
7,0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ФС |
|
8,5 |
8,5 |
0,5 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ДФГ(КЛ) |
|
0 |
0 |
22,3 |
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СМ |
|
17,5 |
8,5 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Глико- |
|
10,0 |
26,0 |
0 |
0 |
|
|
|
липиды |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. |
|
|
|
|
|
|
||
Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак. |
|
|
|
|
|
|
||
|
Холесте- |
|
25,0 |
26,0 |
3,0 |
0 |
|
|
|
рин |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Минорные липидные компоненты биомембран
•Лизофосфолипиды
•Свободные жирные кислоты
•Моноацил- и диацилглицерины
•Полиизопреноиды (убихиноны и менахиноны)
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Высшие жирные кислоты (ЖК) RCOOH
(природные)
•длина цепи C12 – C24
•природные ЖК содержат четное число атомов С (чаще всего 16, 18, 20)
•насыщенные и ненасыщенные ЖК
•в ненасыщенных ЖК двойная связь несопряженная -СН=СН-СН2-СН=СН-
•в ненасыщенных ЖК двойная связь имеет
цис-конфигурацию
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Распространенные жирные кислоты
в составе мембранных липидов
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
жирных кислот
•Практически все организмы способны к превращениям:
8СН3СООН → 16:0 → 18:0 → 18:1n-9 (ф-ты элонгазы и десатуразы)
•Грибы, водоросли, растения могут синтезировать полиеновые ЖК: 18:1n-9 → 18:2n-6 → 18:3n-3
•Для животных полиненасыщенные ЖК являются незаменимыми, однако затем эти ПНЖК могут претерпевать сложные превращения:
18:2n-6 → 18:3n-6 → 20:3n-6 → 20:4n-6 → 22:4n-6 → 22:5n-6 18:3n-3 → 18:4n-3 → 20:4n-3 → 20:5n-3 → 22:5n-3 → 22:6n-3
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Жирнокислотный состав фосфолипидов из эритроцитов человека
|
Жирная |
ФХ |
ФЭ |
ФС |
СМ |
|
кислота |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С 16:0 |
34 |
29 |
14 |
28 |
|
|
|
|
|
|
|
C 18:0 |
13 |
9 |
36 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
C 18:1 |
22 |
22 |
15 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
C 18:2 |
18 |
6 |
7 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
C 20:4 |
6 |
18 |
23 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
C 24:0 |
- |
- |
- |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
C 24:1 |
- |
- |
- |
14 |
|
|
|
|
|
|
Жирнокислотный состав мембранных липидов животных, в отличие от растений и бактерий, не так своеобразен, но более вариабелен. Разные липиды обладают различным набором ЖК, его специфика
Этот документ был отредактировансохраняетсяс Icecream PDF Editor. при условии неизменности среды обитания,
Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
преимущественного характера питания и т.д.
мембранных липидов
Плазматическая мембрана печени
Фосфолипид |
Молекулярные |
|
виды |
|
|
ФХ |
24 |
|
|
ФЭ |
16 |
|
|
ФС |
12 |
|
|
ФИ |
14 |
|
|
ФГ |
11 |
|
|
ФК |
2 |
|
|
СМ |
6 |
|
|
|
Всего: 85 |
|
|
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Глицерофосфолипиды -
лизофосфолипиды
Лизофосфатидная кислота (лизо-ФК, 1-ацил-sn-глицеро-3-фосфат ) -
присутствует в очень низких количествах только в животных тканях.
ЛизоФК является внутриклеточным липидным медиатором с активностью, подобной факторам роста.
ЛизоФК быстро продуцируется и высвобождается из активированных тромбоцитов, оказывая влияние на многие клетки-мишени.
Лизофосфатидилхолин (лизо-ФХ,1-ацил-sn-глицеро-3-фосфохолин),
минорный компонент мембран животных тканей Существенные количества лизоФХ входят в состав окисленных
липопротеинов низкой плотности (ЛНП) и считаются"патологическим" компонентом ЛНП, полагают, что именно эти липопротеины являются
основными факторами возникновения и развития атеросклероза.
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.
Активируйте PRO версию, чтобыЛизоФХубрать водянойучаствуетзнак. в передаче клеточного сигнала, опосредованного
рецептором, сопряженным с G-белками
Схема клеточной стенки микобактерий
PGL |
PIM |
LAM |
P |
LOS SL |
TDM |
outer layer (~12 nm): phospholipids, complex catamphiles, phenolic glycolipids, sulfolipids, etc.
electron transparent layer (~8 nm): mycolic acids
cell wall skeleton (~13 nm): arabino galactan, peptidoglycan
cytoplasmic membrane (~7 nm)
PGLфенольные гликолипиды, РIM-фосфатидилинозитманнозид,
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.
Активируйте PRO версию, чтобы убратьLAMводяной-липоарабиноманнанзнак. , Р-белки-порины, LOS-липоолигосахарид, SL-сульфолипиды, TDM-димиколат трегалозы.
|
|
|
|
Миколовые кислоты |
|
||||
|
|
|
|
|
OH |
|
H |
|
|
|
|
|
C |
|
(CH2)zCH |
|
COOH |
содержат от 60 до |
|
CH3(CH2)xCH |
|
|
|
C |
|||||
|
|||||||||
|
|
|
|||||||
|
|||||||||
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
90 атомов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(CH3)21CH3 углерода
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Полярные липиды археобактерий имеют необычное строение
Дифитанильные |
Фосфат |
группы
Глицерин
Глицерин
Углевод
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Особенности липидного состава мембран
•Каждая конкретная мембрана уникальна по своему составу
•Липидный состав различных мембран не является случайным
•Мембрана может содержать более 100 различных типов липидных молекул
Причины многообразия мембранных липидов во многом остаются неясными.
Очевидно, липиды активно участвуют в биохимических процессах, протекающих
на мембранах клеток.
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Факторы, определяющие
липидный состав
биологической
мембраны
1.Образование стабильного бислоя, в котором могли бы функционировать белки (ФХ, СМ);
2.Стабилизация сильно искривленных участков мембраны (ФЭ, ФК);
3.Участие в передаче сигнала (ФИ, л-ФК);
4.Поддержание оптимальной активности ферментов (ß-гидроскибутиратдегидрогеназа активируется ФХ);
5.Участие в биосинтезе (ФК, ФГ в клетках E.coli);
6.Участие в регуляции роста клеток (ганглиозиды);
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
7. Участие в трансмембранном переносе электронов (убихиноны)
ЗАНЯТИЕ 4
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Структурообразование липидов в водной среде. Термотропный фазовый переход:
гель - жидкий кристалл
•Амфифильная природа липидов
•Образование липидами различных структур в воде
•Движущая сила структурообразования липидов
•Фазовые переходы липидов в мембране
•Термотропный фазовый переход гель-жидкий кристалл
•Методы изучения фазового перехода гель-жидкий кристалл
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Амфифильная структура полярных липидов
Полярные липиды – основные липидные компоненты биологических мембран клеток
Липидный бислой
Глицерофосфолипид
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Структурообразование липидов в воде
Образование липидами агрегатов мицеллярного типа
Неполярный растворитель + следы воды
Полярная головка |
Вода |
||||
|
|
|
|
|
|
H2O
↔ |
↔ |
n |
|
|
Углеводородный
Обращенная мицелла хвост, Липид Мицелла классического типа
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Структурообразование липидов в воде
Образование липидами бислойных агрегатов
Мультиламеллярная фаза
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. |
Моноламеллярные липидные везикулы |
Многослойные липосомы |
|
Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак. |
|
Движущая сила образования липидных агрегатов в водной среде
Липиды – амфифильные молекулы
Гидрофобные взаимодействия - основная движущая сила образования липидных агрегатов в воде
Другие факторы:
• Ван-дер-Ваальсовы силы притяжения
между соседними углеводородными цепями
Этот•документВодородныебыл отредактирован с IcecreamсвязиPDF Editorв. области АктивируйтеполярныхPRO версию, чтобы убратьголовокводяной знак. липидов
Мицелла
Липосома
Фосфолипидный бислой
Гидрофобные взаимодействия
|
Образование |
Мицеллы – |
Дисперсия липидов |
липидных |
упорядоченные |
в воде нарушает |
кластеров – |
липидные агрегаты. |
структуру |
уменьшение |
С водой контактируют |
воды |
площади контакта |
лишь полярные |
|
с молекулами воды |
участки |
|
|
липидов. |
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.
Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной-10 знак.
•ККМ липида 10 М
Липидный бислой – структурная основа биологических мембран клетки
H2O
|
Гидрофильнаяобласть |
4-5 нм |
Гидрофобная |
|
область |
|
Гидрофильная |
H2O |
область |
Мембранные липиды формируют плоский бимолекулярный липидный слой (бислой)
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Фазовые переходы липидов в мембранах
Жидкокристаллическое состояние – агрегатное состояние, в котором вещество сохраняет анизотропию физических свойств (механических, электрических, магнитных и оптических), присущих твердым кристаллам, и обладает текучестью и другими свойствами, характерными для жидкостей
Жидкие кристаллы
|
|
|
|
Лиотропные |
|
Термотропные |
|
||
|
|
жидкие кристаллы |
||
|
жидкие кристаллы |
|
||
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. |
|
|
|
|
|
|
|||
Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Термотропные жидкие кристаллы
образуются при нагревании вещества в определенном интервале температуры
1. Смектические жидкие кристаллы – структура слоистая, молекулы располагаются параллельно друг другу и двигаются в пределах одного слоя
2. Нематические жидкие кристаллы – молекулы параллельны друг другу и перемещаются по всем трем направлениям, но не могут изменить свою ориентацию
3. Холестерические жидкие кристаллы – слои молекул
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.
Активируйте PRO версию, чтобы убрать водянойзакрученызнак. относительно оси спирали
Подвижность молекул липидов в бислое
I – изменение ориентации полярных головок
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
II– быстрая латеральная диффузия
вдвумерном пространстве бислоя
III – быстрые колебания ацильных цепей
IV – образование кинков и их перемещение вдоль ацильных цепей
V – вращательная подвижность вокруг длинной оси молекулы
VI – переход с одной стороны бислоя на другую (флип-флоп)
Термотропный фазовый переход липидов гель-жидкий кристалл
Липидный бислой в зависимости от температуры:
• Т < Т фаз.перехода - Кристаллическое (гелевое, твердое) состояние,
Lβ – фаза (ламеллярная β-фаза)
• Т > Т фаз.перехода - Жидкокристаллическое (жидкое) состояние,
Lα – фаза (ламеллярная α-фаза)
Т> Тф.п.
Т< Тф.п.
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. |
|
Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак. |
Lα – фаза |
Lβ – фаза |
Температура ф.п. гель - жидкий кристалл
Переход липидного бислоя Lβ ↔ Lα происходит при строго определенной температуре, характерной для данного липида и называемой температурой фазового перехода гель - жидкий кристалл Тф.п. ( D. Chapman).
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Представление о механизме фазовых переходов в липидных структурах
а - в гелевом состоянии при Т < Т ф.п.
|
|
|
|
углеводородные цепи имеют |
|
|
|
|
максимально вытянутую |
|
|
|
|
трансоидную конформацию |
|
|
|
|
(наиболее плотная упаковка) |
|
|
|
|
б, в, г – в ж.к. состоянии при Т > Т ф.п. |
а |
б |
в |
г |
резкое усиление их вращательной |
|
|
|
|
и колебательной подвижности, |
|
|
|
|
гош-транс-изомеризация, |
|
|
|
|
возникновение кинков (изгибов) в |
|
|
|
|
цепях (рыхлая упаковка бислоя) |
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Изменения структуры бислоя при его переходе из гелевого в ж.к. состояние
•уменьшение толщины бислоя
•увеличение его латерального
растяжения
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Влияние структуры молекул липидов на Тф.п. гель-ж.к.
1. |
Длина углеводородных |
|
|
|
|
ФХ |
Тф.п., |
Н, |
|||
|
цепей фосфолипидов |
||||
|
|
|
ºС |
ккал/моль |
|
|
С увеличением длины |
14:0/14:0 |
+23 |
6 |
|
|
|
|
|
||
16:0/16:0 |
+41 |
8 |
|||
|
углеводородных цепей |
||||
|
|
|
|
||
|
18:0/18:0 |
+58 |
10 |
||
|
Тф.п. гель-ж.к. возрастает |
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Влияние структуры молекул липидов на Тф.п. гель-ж.к.
2. Размер полярного |
|
|
|
|
Липид |
Длина |
Тф.п., ºС |
||
участка липидов |
||||
|
цепей |
|
||
|
|
|
||
Объемные полярные |
ФХ |
16:0/16:0 |
+41 |
|
головки ФХ снижают |
||||
|
|
|
||
Тф.п. гель-ж.к. |
ФЭ |
16:0/16:0 |
+63 |
|
|
||||
|
|
|
|
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Влияние структуры молекул липидов на Тф.п. гель-ж.к.
3.Наличие двойных связей
вуглеводородных цепях
При наличии двойных
связей в бислое создаются структурные дефекты – более рыхлая упаковка бислоя, снижается Тф.п. гель-ж.к.
ФХ |
Тф.п., ºС |
18:0/18:0 |
+ 58 |
18:1/18:1 |
- 18 |
|
|
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Связь параметров фазового перехода гель - жидкий кристалл со структурой фосфолипидов
1.Длина углеводородной цепи.
Тф.п. увеличивается с увеличением
длины углеводородной цепи.
Длина цепи насыщенных ФЛ
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
2.Структура полярного участка.
Тф.п. уменьшается с увеличением
объема полярной части молекулы.
3.Наличие двойных связей в ацильных цепях.
Тф.п. уменьшается с увеличением количества двойных связей в цепи.
4.На Т ф.п. отрицательно заряженных ФЛ сильно влияют рН и ионная сила раствора
Положение двойной связи в 18-углеродной цепи
Температура фазового перехода Т ф.п. для некоторых фосфолипидов
|
Длина |
|
|
|
|
|
ацильной |
Название фосфолипида |
Т ф.п. |
||
|
цепи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
Дилауроилфосфадитилхолин |
0 |
||
|
14 |
Димиристоил-ФХ |
23 |
||
|
16 |
Дипальмитоил-ФХ |
41 |
||
|
18 |
Дистеароил-ФХ |
58 |
||
|
18 |
1-Стеароил-2-олеоил-ФХ |
2 |
||
|
18 |
Диолеоил-ФХ |
|
- 22 |
|
|
14 |
Димиристоил-ФЭ |
51 |
||
|
16 |
Дипальмитоил-ФЭ |
63 |
||
Активируйте PRO16версию, чтобыДипальмитоилубрать водяной знак. |
|
|
|
||
|
-ФС |
51 |
|||
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Биологическое значение ф.п. липидов гель-жидкий кристалл
Для выполнения клеткой своих функций липидный бислой клеточных мембран должен находиться в ж.к. cостоянии:
•функционирование мембранных белков
•транспорт через мембрану
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Методы изучения фазового перехода гель-жидкий кристалл
1.Дифракция рентгеновских лучей и нейтронов
2.Дифференциальная сканирующая калориметрия
3.Ядерный магнитный резонанс (1Н - ЯМР)
4.Методы с использованием молекулярных зондов (флуоресцентных и спиновых)
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Методы изучения фазового перехода гель-жидкий кристалл
1. Дифракция рентгеновских лучей и нейтронов Рентгеновские лучи отражаются атомами.
Если атомы расположены упорядоченно, то отражение конструктивно
Закон Брэгга: nλ=2dsinΘ, где n – целое число,
λ – длина волны, нм,
d - расстояние между повторяющимися слоями, нм, Θ – угол дифракции.
Измеряя углы рассеяния (Θ) и зная λ ( λ сопоставима с d),
можно определить форму и размеры повторяющейся
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. АктивируйтеединицыPRO версию, чтобыкристаллаубрать водяной знак. образца.
Дифракция рентгеновских лучей и нейтронов
•Бислойные липидные структуры – достаточно упорядоченные объекты для использования метода РСА.
Данные РСА позволили определить:
-толщину бислоя
-расстояния между углеводородными
цепями |
|
|
d, |
|
|
нм |
|
|
5 |
|
|
4 |
|
|
3 |
|
|
2 |
|
|
0 |
Т ф.п. |
Т, 0С |
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. |
||
Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак. |
||
При переходе из геля в ж.к. происходит уменьшение толщины углеводородной области бислоя.
Скачкообразное изменение величины d
позволяет определить Т ф.п. бислоя.
Методы изучения фазового перехода гель-жидкий кристалл
2. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК)
основана на том, что при фазовом переходе происходит изменение (поглощение или выделение) скрытой энергии фазового перехода (Δ Н).
Этим методом определяют:
-Т ф.п. (Тm1) –температуру перехода, соответствующую началу перехода;
-Тm2 - среднюю точку перехода;
- Н – энтальпию перехода (количество тепла, необходимое для
осуществления перехода в расчете на моль вещества);
-Ср – теплоемкость (количество тепла, в расчете на грамм или моль,
необходимое для повышения температуры образца на один градус)
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Кривые ДСК для трех фосфолипидов
Зависимость молекулярной организации ФХ и ФЭ от температуры
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Методы изучения фазового перехода гель-жидкий кристалл
3. Ядерный магнитный резонанс (1Н ЯМР )
Метод 1Н ЯМР позволяет получить сведения о динамических свойствах липидных бислоев.
Образцы – липидные везикулы в D2O.
-Регистрируют спектры 1Н ЯМР при различных Т:
•Т > Тф.п.
•Т < Тф.п.
•Т ≈ Тф.п.
-Проводят отнесение сигналов в спектре 1Н ЯМР.
-Строят зависимость Δν1/2 = f (T) → находят Тф.п.,
Этот документгдебыл отредактированΔν1/2- сширинаIcecream PDF Editorсигнала. на ½ высоты пика Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
1Н-ЯМР–спектры везикул дипальмитоил-ФХ
вводе (Тф.п.=42ºС)
а– диаметр везикул 30 нм,
t =18ºС
в – диаметр везикул 30 нм, t =62ºС
б – диаметр везикул 100 нм, t =18ºС
г – диаметр везикул 100 нм, t =62ºС
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
4. Методы с использованием молекулярных зондов (флуоресцентных и спиновых)
Репортерные метки в липидном бислое
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Флуоресцентные зонды и метки
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Флуоресцентные
характеристики меток или зондов в бислое
очень чувствительны к молекулярному окружению и фазовому состоянию липидного бислоя.
При Тф.п. происходит резкое, скачкообразное изменение параметров флуоресценции.
Спиновые метки. Метод ЭПР
Спиновые метки – стабильные парамагнитные соединения, содержащие нитроксильный радикал.
Высокая
чувствительность метода ЭПР - 10- 6М в 50 мкл образца.
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Зависимость ЭПР–спектров нитроксильной спиновой метки от скорости молекулярного вращения
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Т ф.п., определенная различными методами для ДПФХ
ДСК 1Н-ЯМР ЭПР Флуоресценция
41ºС |
40ºС |
41,8ºС |
42ºС |
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
ЗАНЯТИЕ 5
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Фазовые переходы в мембранах. Лиотропный мезоморфизм липидов
•Полиморфизм липидов в водной среде
•Лиотропный мезоморфизм
•Критический параметр упаковки липидов
•Методы изучения липидного полиморфизма
•Биологическое значение полиморфизма
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Фазовые переходы липидов в мембранах
Вводной среде липидные структуры ведут себя как анизотропные жидкости (жидкие кристаллы), обладающие упорядоченностью.
Такие структуры обладают свойствами:
- термотропного мезоморфизма (зависимость фазового состояния от температуры ).
- лиотропного мезоморфизма (зависимость фазового
состояния от степени гидратации),
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.
Активируйте PRO версиюЛиотропный, чтобы убрать водяной знак. и термотропный мезоморфизм связаны
между собой.
Лиотропные жидкие кристаллы
образуются при смешении двух веществ, одно из которых является растворителем (липид-вода)
Lß – ламеллярная гелевая мезофаза; ЭтотLαдокумент– ламеллярнаябыл отредактирован с IcecreamжидкокристаллическаяPDF Editor. мезофаза;
АктивируйтеНl – PROнормальнаяверсию, чтобы убратьгексагональнаяводяной знак. мезофаза;
Hll – обращенная гексагональная мезофаза.
Гидратация липидов
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Адсорбционные изотермы липидов |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(Т=22 С) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
липид |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
[мало ] |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
+ Вода |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
гидратированный липид |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ Вода |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
модификация полярной «головы» |
|
|
|
||||||||
|
|
|
липида: увеличение объема; |
|
|
|
|||||||
|
|
ослабление |
|
водородных связей |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
+ Вода |
Р/Ро –относительное давление паров воды |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
гидратированный липид |
|
|||||||||
|
|
|
|
(Ро - давление насыщенного пара) |
|||||||||
|
|
|
|
+ свободная вода |
|
||||||||
|
|
|
|
|
3 – яичный фосфатидилхолин (я-ФХ) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 – яичный фосфатидилэтаноламин (я- |
||
|
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак. |
|
ФЭ) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 – смесь я-ФХ/я-ФЭ (1:1 моль/моль) |
||
Лиотропный полиморфизм фосфолипидов
Полиморфизм – способность липидов образовывать в растворе агрегаты различной структуры
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.
Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак. Фаза = f (Cфл, P, Т, I, pH )
Фазовые переходы L ↔ H
L |
• |
Гексагональные фазы |
|
I |
|
|
|
Н - цилиндрические структуры, |
|
|
поверхность которых образована |
HI |
HII |
полярными головками липидов и |
|
• |
контактирует с водой. |
|
II |
|
|
|
H - цилиндрические структуры, |
|
|
в которых полярные группы |
|
|
обращены внутрь цилиндра и |
|
|
формируют водный канал, |
|
|
поверхность цилиндров |
|
|
гидрофобна. |
Для природных липидов |
|
Цилиндры НI и HII упакованы |
характерна гексагональная |
|
по типу гексагональной решетки. |
структура HII |
|
|
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. |
|
|
Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак. |
|
|
Фазовые переходы бислой – не бислой
Гексагональная и кубическая фазы
Кубическая
фаза
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Липидные агрегаты в воде
Ламеллярная фаза |
Мицеллярная фаза |
|
Мицеллы |
Обращенные |
Дискообразные |
|
Бислой |
мицеллы, бицеллы |
|||
|
мицеллы |
|||
|
|
Гексагональная фаза
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. |
HI |
Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак. |
|
Липосомы |
HII - инвертированная |
Взаимосвязь лиотропного и термотропного мезоморфизма липидов в мембране
Температура фазового перехода гель-жидкий кристалл Тф.п. зависит от содержания Н2О в системе:
•Тф.п. достигает min значения при увеличении содержания Н2О в системе
•При Т > Тф.п. в случае недостатка Н2О в системе липиды могут находиться в упорядоченном состоянии
Фазовые диаграммы отражают эту взаимосвязь:
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Фазовые диаграммы однокомпонентных водно-липидных систем
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. |
|
Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак. |
|
А – моногалактозилдиглицерид, |
Дипальмитоилфосфатидилхолин в воде |
Б - дигалактозилзиглицерид |
|
Критический параметр упаковки липидов
Структура полиморфной фазы (мезофазы)
определяется динамической формой молекулы липида.
•Геометрические размеры молекул липидов позволяют предсказать, какие структуры будут образовывать в водной фазе данные липиды.
•Геометрические размеры молекул липидов описывает критический параметр упаковки:
v/(l·So)
v/l –площадь поперечного сечения углеводородной области молекулы: v - молекулярный объем углеводородной области молекулы,
l - максимальная длина углеводородной цепи,
Этот документSo – былплощадьотредактированповерхностис Icecream PDF Editor. для размещения полярной головки липида.
Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Критический параметр упаковки липидов
Пример расчета КПУ для сферических мицелл радиусом R, содержащих M молекул
Полная поверхность мицеллы M·Sо=4πR23 |
|
Полный объем мицеллы |
M·v=4/3πR → |
Радиус мицеллы |
R=3v/Sо |
Т.к. радиус мицеллы не может быть больше l (R≤ l), условие упаковки липидов в сферические мицеллы :
V/(l·So) ≤ 1/3
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Полиморфные фазы, форма молекул и КПУ
½ -1
>1
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Полиморфные фазы и форма молекул
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Полиморфные фазы и динамическая форма молекул липидов
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Методы изучения липидного полиморфизма
-ЯМР-спектроскопия
-Электронная микроскопия
-Дифракционные методы
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Метод31Р-ЯМР
•ФЛ – основные структурные элементы бислоя биомембран
•ФЛ содержат, по крайней мере, один атом Р в полярной части молекулы (ФХ, ФЭ и др.)
•Некоторые ФЛ содержат несколько атомов Р (ДФГ, ФИ).
•Атом31Р является идеальной природной ЯМР-меткой – возможность изучения природных и модельных мембран методом31Р-ЯМР.
Достоинства метода 31Р-ЯМР
-Широкий диапазон химических сдвигов (700 м.д.)
-Высокая чувствительность (0,066 относительно 1Н)
-Естественное содержание изотопа 31Р - 100%
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Метод ЯМР на ядрах фосфора (31Р–ЯМР)
31Р-ЯМР используют для изучения полиморфизма липидов с 1978 г.
Все фосфолипиды содержат по крайней мере один атом фосфора в полярной части липидной молекулы, что делает его идеальной природной меткой.
Форма сигнала в спектрах 31Р–ЯМР определяется анизотропией химического сдвига.
Основные уравнения :
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.
|
ν - резонансная частота (ширина сигнала) |
ν = γ Нэфф /2π |
Но – напряженность внешнего магнитного поля |
|
Нэфф – напряженность эффективного магнитного |
Нэфф= Но (1-σ) |
поля |
σ – константа экранирования |
|
δ = σ- σст |
γ – «гиромагнитное отношение» |
(постоянное для данного типа ядер) |
δ – химический сдвиг (разность между константой экранирования образца и стандарта)
Метод31Р-ЯМР
Вистинных растворах происходит быстрое неупорядоченное
движение молекул и усреднение электронной плотности вокруг ядра Р и химического сдвига. Сигнал в спектре 31Р-ЯМР- узкий изотропный .
Вчастице с ламеллярной фазой электронная плотность вокруг
ядра Р имеет аксиальную симметрию. Ось симметрии перпендикулярна плоскости бислоя. Химический сдвиг зависит от ориентации бислоя относительно линий напряженности магнитного поля. Сигнал в спектре 31Р-ЯМР для липидной мембраны – широкий анизотропный.
а –МЛВ смеси ДПФХ/хол (1:1); б – плоские ориентированные мультислои той же смеси;
в – «тени» эритроцитов
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. человека;Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
г – дисперсия липидов, |
Θ |
экстрагированных из “теней” |
Θ – угол между направлением магнитного поля и нормалью к бислою |
Метод 31Р-ЯМР
Химический сдвиг сигналов зависит от ориентации фосфатной группы относительно линий напряженности магнитного поля. Электронная плотность вокруг ядра фосфора в фосфатной группе анизотропна. Молекулы липидов обладают высокой латеральной и вращательной подвижностью.
•Бислойные структуры: латеральное движение липидов в плоскости бислоя не сопровождается изменением ориентации фосфатных групп относительно любой заданной оси, включая линии напряженности магнитного поля ЯМР-спектрометра. Анизотропия химического сдвига (расстояние между пиком и плечом сигнала) - 40-50 м.д.
•Гексагональная фаза: латеральное движение липидов представляет собой вращение вокруг оси цилиндров, которое сопровождается изменением ориентации фосфатных групп. Изменяется форма сигнала, уменьшается анизотропия химического сдвига.
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
Бислой
Гексагональная (HII)
Метод 31 Р ЯМР
a
δ 50 ppm
б
Спектры 31Р -ЯМР в |
составе ламеллярной (а) |
δ 25 ppm |
|
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. |
|
(б) фаз |
|
Активируйте PRO версию, чтобы убратьи водянойгексагональнойзнак. |
|
|
|
ЗАНЯТИЕ 6
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.
МИТХТ |
Метод Н-ЯМР |
2 |
|
2
Спектр Н-ЯМР мембран представляет собой широкий анизотропный сигнал с двумя максимумами, частотное между которыми называется квадрупольным расщеплением
Основа метода – измерение квадрупольного расщепления
дейтерия, которым селективно мечены молекулы липидов
=f( ), где
- угол между нормалью к плоскости домена и направлением внешнего магнитного поля Но.
Величина зависит от движений, совершаемых дейтроном вместе с
молекулой или ее фрагментом.
Понижение молекулярного порядка приводит к уменьшению наблюдаемого
∆ν=3/4 (e2qQ/h)S, где:
2
e2qQ/h – статистическая константа квадрупольного расщепления;
S=1/2(3 cos θi-1) – молекулярный параметр порядка, равный отношению наблюдаемого2 и максимально возможного квадрупольного расщепления;
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.
Активируйте PRO версию, чтобыθiубрать- уголводяноймеждузнак. i-ой осью динамического усреднения и направлением
связи С- Н
МИТХТ Спектр 2Н-ЯМР мембран представляет собой широкий
анизотропный сигнал с двумя максимумами, частотное расстояние между которыми называется квадрупольное расщепление
Спектр2Н–ЯМР ДМФХ, дейтерированного по различным положениям ацильной цепи. Числа слева – положение атомов дейтерия в каждой цепи.
Концевая метильная группа имеет самый узкий спектр – значительная
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor.
Активируйте PRO версию, чтобынеупорядоченность,убрать водяной знак. а в центральной области высокая упорядоченность
бислоя.
Структуры, которые образуются при
МИТХТ
диспергировании фосфолипидов в воде и соответствующие им спектры 31Р-ЯМР и 2Н-ЯМР
Этот документ был отредактирован с Icecream PDF Editor. Активируйте PRO версию, чтобы убрать водяной знак.