Липосомы.: Не менее распространённой моделью биологических мембран являются

Нанобиотехнология: Оболочки

Липосомы.: Не менее распространённой моделью биологических мембран являются

Как устроены липосомы (1 балл)?

Липосомы (от греч.

lipos – жир и sоma – тело) (липидные везикулы)— искусственно получаемые частицы, образованные одним или несколькими концентрическими замкнутыми липидными бислoями, аналогичными по строению с липидной компонентой биологических мембран, при этом внутренний водный объем липосом изолирован от внешней среды. В липосомах внутренняя водная фаза отделена от внешнего раствора. Такая организация позволяет использовать липосомы для исследования барьерных свойств липидного бислоя и некоторых других специальных задач.

Приведите свою классификацию липосом и укажите, какие из них являются наноструктурами, аргументируйте свой ответ (2 балла).

В зависимости от размера частиц и числа образующих их липидных слоев различают следующие типы липосом: мультиламеллярные (многослойные) и моноламеллярные (однослойные) липосомы.

Мультиламеллярные липосомы состоят из нескольких концентрических липидных бислоев. Их средний диаметр в зависимости от приготовления составляет 0,3-0,4 мкм или даже достикать нескольких микрон (до 10) в диаметре.

Таким образом, мультислойные липосомы не могут быть отнесены к наночастицам. Однако, поскольку толщина липидного бислоя составляет менее 10 нм, можно определить такие частицы как микрочастицы, имеющие наноструктурированную поверхность.

Мультиламеллярные липосомы осмотически активны: они изменяются в объеме при изменении осмотических свойств внешней среды.

Моноламеллярные липосомы состоят из одного бислоя. Различают малые моноламеллярные (диаметр 20-50 нм) и крупные моноламеллярные, (диаметр 50-200 нм и выше).

Согласно определению ИЮПАК, наночастицами являются частицы с размерами 100 и менее нм, поэтому моноламеллярные липосомы можно отнести к наночастицам.

Моноламеллярные липосомы широко и эффективно используют в разнообразных исследованиях биологического и медико-биологического характера а также различных био(нано)технологических процессах.

Также возможна классификация веществ в зависимости от типа веществ, входящих в состав липосом: например если в состав липосом входят белки их называют протеолипосомы.

Кроме того возможно классифицировать липосомы в зависимости от формы: шарообразные, дискообразные, неправильной формы (если в состав липосомы инкорпорирована твердая частичка), тубулярные липосомы; поверхностного заряда: положительно нейтрально или отрицательно заряженные; морфологии поверхности: гладкие, негладкие; наличию осмотической активности: осмотически активные или неактивные и др.

Известно, что в состав липосом входят холестерин, лецитин и полиэтиленгликоль. Какие свойства придают эти компоненты липосоме?

Наличие холестерина в липидном бислое приводит к увеличению жесткости мембран липосом, уменьшает текучесть липидного бислоя и ограничивают проницаемость липидных мембран для малых водорастворимых молекул, а также увеличивает упругость и механическую прочность бислоя. Таким образом, присутствие холестерина способствует увеличению стабильности липосомы.

Лецитин (здесь используется как синоним фосфолипида фосфатидилхолина) — один из основных четырех мембранообразующих фосфолипидов в мембранах живых клеток. Фосфатидилхолин является наиболее распространенным фосфолипидом в мембранах клеток, достаточно легко способен к самопроизвольному образованию липидного бислоя в водной среде.

Это что делает его наиболее одним из наиболее удобных веществ для изготовления липосом.

При некоторых методах приготовления однослойных липосом из различных фосфолипидов, молекулы фоссфатидилхолина обнаруживаются главным образом, в наружном монослое, что, вероятно, определяет ассимитричное расположение некоторых белков, встроившихся в бислой.

Полиэтиленгликоль (очень часто при работе с липосомами используются коньюгаты содержащие остатки фосфолипидов, например фосфатидилэтаноламина, и полиэтиленгликоля, что обеспечивает лучшее проникновение таких молекул в бислой) — полимер с гибкой гидрофильной цепью, содержащей различное количество звеньев, в зависимости от условий синтеза.

Это вещество является универсальным стабилизатором, достаточно слабо взаимодействуещим с мембранами (концевыми заряженными группами) и действующим независимо от липидного состава липосом, наличие полиэтиленгликоля приводит к экранированию поверхностного заряда липосом.

Кроме того молекулы ПЭГ создают в примембранной области избыточное осмотическое давление, что позволяет загружать в липосомы больше вещества, предотвращая осмотический разрыв.

Одной из основной причин использования полиэтиленгликоля является его способность предохранять липосомы от поглощения их макрофагами, что приводит к увеличению времени циркуляции в кровеносном русле и способствует накоплению в тканях-мишенях (напр., различных опухолях).

Исходя из перечисленных характеристик липосом, предложите возможные методы или приборы для их определения и дайте обоснование выбора того или иного метода.

При помощи липосом решаются различные задачи, соответственно, в зависимости от типа задачи необходимо использовать методы, оценивающие различные характеристики липосом. Ниже очень приведено краткое описание нескольких таких методов.

Так, при необходимости оценки формы и морфологии образцов используют различные виды микроскопий.

При этом в случае оценки липосом малых (нано)размеров используются различные электронные микроскопы (при этом образцы, как правило, разрушаются); сканирующие зондовые микроскопы, напр.

, атомно-силовые (в этом случае используются как фиксированные липосомы, так и, особенно в последнее время, форма и размер липосом оценивается insitu, без дополнительного воздействия); различные виды лазерных интерференционных микроскопов, позволяющих insitu оценить форму и состояние отдельной липосомы. Для оценки липосом микронных размеров можно использовать различные разновидности фазово-контрастной микроскопии, поскольку, как правило, препараты на основе липосом обладают очень низкой контрастностью.

Вышеописанные микроскопические методы с высокой точностью позволяют оценивать форму и состояние отдельных липосом, однако они малопригодны для массовых поточных исследований или тестов препарата.

Поэтому для оценки среднего размера липосом обычно используются различные разновидности метода динамического светорассеяния. Основная трудность здесь состоит в корректном использовании заложенных методик при оценки частиц субмикро- и наноразмеров.

Существует ряд приборов позволяющих это сделать с достаточно высокой точностью (напр., Submicron Particle Sizer в различных модификациях).

Используя метод динамического светорассеяния в сочетании с электрофоретическими методами можно оценивать такие характеристики липосом как подвижность и поверхностный заряд.

Используя различные флуоресцентные красители можно оценить величину заряда поверхности (в довольно грубом приближении), вязкость, а также ряд других характеристик мембран и веществ, инкорпорированных в липосомы.

Метод электронного парамагнитного резонанса позволяет оценить изменение вязкости мембран липосом не только локально (в плоскости), но также и оценить профиль изменения вязкости внутри липидного бислоя.

Для оценки состояния инкорпорированных в липосомы веществ на молекулярном уровне используется спектроскопия комбинационного рассеяния (рамановская спектроскопия).

Для оценки количества вещества, загруженного в липосомы, можно использовать различные аналитические методы, например, различные методы хроматографии, после разрушения липосом.

При использовании липосом для введения различных веществ в живые организмы, включая людей, необходимо оценивать стерильность используемых растворов липосом.

Проще всего это сделать поместив бактерии в питательную среду, благоприятствующую росту различных микроорганизмов, и после некоторого времени оценить количество образовавшихся бактерий.

В настоящее время все большую популярность получает использование методов генной инженерии для определения микроорганизмов по наличию специфических ДНК или белков в растворах липосом.

Для разделения липосом по фракциям или отделения липосом, содержащих некое вещество, от этого же вещества, находящегося в том же растворе используют ультрацентрифугирование или различные хроматографические методы.

При работе с живыми организмами очень важно оценивать токсичность образцов, различных препаратов, созданных на основе липосом.

Традиционно, в первую очередь, оценивают острую токсичность препаратов для оценки полулетальной дозы (ЛД50) — концентрации вещества при которой половина объектов, подвергшихся действию препарата, погибает.

Для оценки более долговременного действия препаратов проводятся более длительные исследования, направленные на более точную оценку состояния организмов, подвергшихся действию препаратов.

Для каждого из перечисленных препаратов подберите наиболее подходящий метод (методы) загрузки в липосомы, объясните свой выбор (2 балла):

  1. доксорубицин

  2. ибупрофен

  3. индометацин

  4. циклоспорин

  5. пилокарпин

  6. винкристин

  7. пироксикам

  8. тимолол

  9. дофамин

  10. ципрофлоксацин

  11. эпинефрин

  12. хинин

  13. кодеин

  14. лидокаин

  15. налидиксовая кислота

После спонтанной перегруппировки безводных фосфолипидов в присутствии воды в гидратированную бислойную структуру часть водной фазы захватывается внутрь замкнутой бислойной структуры. С помощью этого процесса водорастворимые вещества пассивно загружаются в липосомы.

Кроме пассивного инкапсулирования существуют методы активной загрузки, к которым относятся: метод pH-градиента через липидную мембрану, загрузка с помощью градиента сульфата аммония, градиента ацетата кальция или натрия, градиента иона переходного металла и трансмембранного фосфатного градиента.

Загрузка за счет различных градиентов используется для конкретных препаратов, которые могут находиться как в заряженной, так и в незаряженной форме в зависимости от pH среды.

Такие вещества можно добавлять в водную фазу в незаряженном состоянии для проникновения внутрь липосом через липидный бислой. Далее внутри липосом устанавливается значение pH, необходимое для возникновения заряда на молекуле вещества.

Заряженные молекулы не способны пройти через липидный бислой и вернуться во внешнюю среду.

Слабые амфифильные основания загружают в липосомы с помощью градиента pH, а также ионных градиентов неорганических солей аммония и трансмембранного фосфатного градиента.

Загружаемое основание в нейтральной форме способно проникать через бислой, однако, приобретая положительный заряд в кислой среде внутреннего объема липосом, почти полностью теряет эту способность, т.к.

коэффициент проницаемости для заряженной молекулы значительно меньше, чем для незаряженной. Этот процесс можно описать как обмен через мембрану аммиака и загружаемого основания (антипорт).

К амфифильным соединениям со слабыми основными свойствами относятся: доксорубицин, пилокарпин, винкристин, тимолол, дофамин, эпинефрин, хинин, кодеин, лидокаин и др.

Для загрузки слабых кислот используется градиент ацетата кальция; в этом случае движущей силой загрузки является антипорт уксусной кислоты и загружаемой слабой кислоты.

К соединениям со слабыми кислотными свойствами относятся: ибупрофен, индометацин, пироксикам, ципрофлоксацин, налидиксовая кислота и др.

Соединения, растворимые в органических растворителях (циклоспорин), распределяются в двойном слое липидов. Такие соединения растворяют вместе с фосфолипидами в подходящем органическом растворителе. Полученную смесь вначале высушивают под вакуумом до полного удаления растворителя, а затем к ней непосредственно добавляют водную фазу.

(Альтернативный ответ: Липосома состоит из гидрофобного липидного бислоя, который отделяет внутренний водный объем от внешней среды. Соответственно, если вещество, которое необходимо загрузить в липосому гидрофильно, то его помещают во внутренний объем, если гидрофобно, то оно может оказаться в липидном бислое.

Обычно для переноса водорастворимых веществ используются крупные моноламеллярные липосомы, поскольку для них удается достичь наибольшей величины внутреннего объема при сохранении стабильности.

Для гидрофобных веществ, накапливающихся в липидном бислое, гораздо выгоднее использовать малые моноламеллярные и многослойные липосомы.

К гидрофильным веществам, предложенным в вопросе, относятся: доксорубицин, циклоспорин, пилокарпин, винкристин+, дофамин, ципрофлоксацин, эпинефрин, кодеин, лидокаин; к гидрофобным: ибупрофен, индометацин, пироксикам, тимолол (гель), хинин, налидиксовая кислота;

Вводить вещества в липосомы можно на стадии их получения или позднее, водорастворимые вещества можно загружать во внутренний объем липосом при помощи создания осмотического градиента.

Так, традиционный способ загрузки водорастворимых веществ в липосомы основан на регидратацию липидных пленок в присутствии буфера, содержащим исходные вещества. При правильном подборе компонентов и оптимальных условий проведения процедуры эффективность введения препарата составляет более 50%.

В случае гидрофобных веществ, хорошо растворимых в липидном бислое, целесообразным является добавление необходимых веществ прямо в липидную фазу, после чего следуя стандартной процедуре формирования липосом. Разумеется, следует учитывать возможность взаимодействия вводимых веществ с детергентами, иногда используемыми для формирования липосом.

Например, ряд водорастворимых гидрофильных препаратов (напр. Пилокарпин и тимолол) смешивают с растворителем, содержащем фосфолипиды (или другими компонентами липосом), и затем получают из этой смеси эмульсию.

После удаления растворителя из эмульсии формируется нестабильный, содержащий водорастворимое вещество, липидный монослой из которого можно получить липосомы с высоким содержанием лекарства внутри.

Помимо этого, используя ряд методических приемов, можно достичь высокой эффективности загрузки искомых веществ в липосомы. Так, в частности, для амфифильных веществ (напр.

, доксорубицин, пилокарпин, тимолол, дофамин, эпинефрин, хинин, кодеин и лидокаин) используется разница в проницаемости мембраны для нейтральных (несущих суммарный нулевой заряд) и заряженных форм молекул. Незаряженные молекулы более гидрофобны и лучше растворимы в липидной мембране клеток и липосом.

При добавлении таких веществ в раствор, содержащий липосомы, они по градиенту концентрации будут проникать внутрь липосом через мембрану.

Если при этом подкислить внутренний объем липосом, то проникшие в него нейтральные молекулы присоединяют протон, приобретают положительный заряд и, в результате, эффективность их выхоа из внутреннего объема липосом резко снижается.

Наиболее распространенный способ создания протонного градиента (увеличения количества протонов во внутреннем объеме липосом) это помещение липосом в раствор, содержащий ионы аммония NH4+. Данные ионы проникают по градиенту концентрации во внутренний объем липосом пока концентрация между ним и наружным объемом не выровняется, затем разбавлением уменьшают концентрацию ионов аммония во внешнем растворе. Это приводит к диффузии нейтральных молекул аммиака во внешний объем, что приводит к подкислению внутреннего объема липосом.)

Каким образом используются липосомы в био(нано)технологии?

В настоящее время липосомы являются одним из наиболее активно используемых средств доставки различных веществ, включая растительные препараты к живым клеткам.

Основным преимуществом липосом перед другими средствами доставки является сходство липосом с природными мембранами клеток по химическому составу, поскольку главным компонентом мембран живых клеток являются фосфолипиды.

Кроме того, благодаря относительно простой процедуре изготовления липосом можно широко варьировать их размеры, характеристики, состав поверхности, что позволяет использовать липосомы для транспорта широкого круга фармакологически активных веществ:противоопухолевых и противомикробных препаратов, гормонов, различных ферментов, вакцин, а также дополнительные источники энергии для клетки (например Q10), и генетический материал (нуклеиновые кислоты), а также позволяет адресно доставлять вещества к тканям и клеткам. Липосомы сравнительно легко разрушаются в организме, высвобождая доставленные вещества, при этом до взаимодействия с клетками, липосомы защищают свое содержимое от контакта с иммунной системой, что может вызвать последующее разрушение данного вещества и/или стать причиной развития аллергических реакций. Используя липосомы можно доставлять до тканей-мишеней водонерастворимые или токсичные вещества (например, если возникает необходимость доставить ядовитые вещества к клеткам опухолей, не повреждая при этом здоровые клетки). Таким образом, липосомы помогают дольше сохранять высокий уровень концентрации лекарственных препаратов в крови и клетках, а также помогают веществам проникать к тканям и клеткам, недоступным для этих веществ при обычном способе доставки в организм.

В настоящее время липосомы широко используются в косметологии как основа для различных кремов, наносимых на кожу и волосы, а также в пищевой промышленности (напр. в сыроварении, хлебопечении и производстве кондитерских изделий), а также в ряде других областей.

Помимо этого липосомы по прежнему остаются удобным экспериментальным объектом, моделью клеточной мембраны, использующейся для проведения различных исследований (оценка транспорта веществ, процессов слияния, работы различных каналов и др.).

Прикрепленные файлы:

оболочик.pdf (146.09 Кб.)

Источник: http://www.nanometer.ru/2009/04/01/12385351953329.html

011. Искусственные фосфолипидные мембраны как модели биологических мембран (липосомы, протеолипосомы). Состояние воды в клетке. Свободная и структурированная вода в клетке

Липосомы.: Не менее распространённой моделью биологических мембран являются

Искусственные липидные мембраны, имеющие двуслойное строение, оказались во многих отношениях сходными с биологическими мембранами. Искусственные мембраны получаются при контакте смеси фосфолипидов и нейтральных липидов, растворенных в органических растворителях, с водой.

    Бимолекулярные липидные мембраны (БЛМ), называемые также бислойными или черными липидными мембранами, представляют собой широко используемую экспериментальную модель, которая позволяет воспроизводить в искусственных условиях многие свойства и характеристики биологических мембран.

Как и биологические мембраны, они представляют собой замкнутые системы, что делает их пригодными для изучения пассивного транспорта ионов и малых молекул через липидный бислой.

Липосомы — сферические везикулы, имеющие один или несколько липидных бислоев. Образуются в смесях фосфолипидов с водой. Внутри липосом содержится вода или раствор, в котором проводилась ультразвуковая обработка.

В отличие от БЛМ, липосомы достаточно стабильны и не содержат органических растворителей. Состав липидов в липосомах можно произвольно варьировать и таким образом направленно изменять свойства мембраны.

Благодаря возможности реконструкции мембраны из ее основных компонентов удается моделировать ферментативные транспортные и рецепторные функции клеточных мембран.

В липосомы можно ввести антигены, а также ковалентно присоединить антитела и использовать их в иммунологических исследованиях. Они представляют собой удобную модель для изучения действия многих лекарственных веществ, витаминов, гормонов, антибиотиков и т. д.

В настоящее время хорошо разработаны методы включения функционально-активных мембранных белков в липосомы. Такие искусственные белково-липидные структуры обычно называются протеолипосомами.

Эффективность встраивания большинства белков компонентов в искусственные мембранные системы резко зависит от липидного состава мембран, pH, солевого состава, температуры и т. д. Система протеолипосомы — коллодиевая пленка , первоначально разработанная для изучения бактериородопсина, была затем использована при исследовании целого ряда других мембранных преобразователей энергии.

Существует два основных типа искусственных мембран:

  • классические плоские,
  • сферические мембраны различного размера.

Для получения искусственных мембран используют:

  • различные фосфатиды,
  • нейтральные глицериды,
  • смеси липидов биологического происхождения, добавляя к ним холестерин, а-токоферол и другие минорные добавки.

Потенциальная ценность искусственных мембран для исследований зависит от возможности включения в них природных белков, в особенности тех, которые обладают транспортными свойствами. Липосомы, состоящие из белков и липидов, стали получать в 60-е гг. Термин протеолипосомы был введен В. П.

Скулачевым. В настоящее время разработан целый ряд методов приготовления различных типов липосом и протеолипосом, а также их стандартизации по размерам, структуре, гомогенности, стабильности и другим характеристикам.

Липосомы используют для доставки в клетку лекарственных и химических соединений, стабилизации ферментов в инженерной энзимологии, введения в клеточные мембраны молекул зондов, модифицирующих и моделирующих их поверхность.

Большой интерес для генной инженерии и медицины представляют работы по введению в клетки при помощи липосом нуклеиновых кислот и вирусов.

С водой связаны многие структурно-функциональные свойства мембран, а также процессы стабилизации и формирования мембран. Вода входит в состав мембран и делится на:

  • свободную,
  • связанную,
  • захваченную.

Связанная и свободная вода различается по подвижности молекул воды и растворяющей способности. Наименьшей подвижностью и растворяющей способностью обладает внутренняя связанная вода. Она присутствует в липидной зоне мембран в виде отдельных молекул.

Основную часть связанной воды представляет вода гидратных оболочек. Эта вода окружает полярные группы белков и липидов, имеет min подвижность и практически не обладает свойствами растворителя. Свободная вода в порах и каналах. По ней могут перемещаться свободные ионы.

Она является хорошим растворителем, подвижная и обладает всеми свойствами жидкой воды.

Захваченная вода обладает изотопным движением, характерным для жидкой воды, является хорошим растворителем. Она встречается в центральной зоне мембран, между ее липидными слоями, но эта вода пространственно делится как с внеклеточной жидкостью, так и с цитоплазмой. У нее нет возможности свободно с ними обмениваться.

Источник: https://vseobiology.ru/biofizika/1172-11-iskusstvennye-fosfolipidnye-membrany-kak-modeli-biologicheskikh-membran-liposomy-proteoliposomy-sostoyanie-vody-v-kletke-svobodnaya-i-strukturirovannaya-voda-v-kletke

Строение и модели мембран

Липосомы.: Не менее распространённой моделью биологических мембран являются

Физические вопросы строения и функционирования мембран. Транспорт веществ через мембраны. Пассивный транспорт. Простая и об­легченная диффузия. Математическое описание пассивного транспорта.

Активный транспорт ионов. Механизм активного транспорта на при­мере натрий-калиевого насоса

Биологические мембраны являются важной частью клетки. Они ограничивают клетку от окружающей среды, защищают ее от вредных внешних воздействий, управляют обменом веществ между клеткой и ее окружением, способствуют генерации электрических потенциалов, участвуют в синтезе универсального аккумулятора энергии — аденозинтрифосфорной кислоты (АТф) в митохондриях и т. д.

По существу, мембраны формируют структуру клетки и осуществляют ее функции. Нарушение функций клеточной и внутриклеточной мембран лежит в осно­ве необратимого повреждения клеток и, как следствие, развития тяжелых заболеваний сердечно-сосудистой, нервной, эн­докринной систем и пр.

В главе рассматриваются физические свойства биологических мембран и основные физические процессы, которые в них происходят.

Все клетки окружены мембранами (цитоплазматическими, или наружными клеточными мембранами). Без мембраны содержимое клетки просто бы «растеклось», диффузия привела бы к термоди­намическому равновесию, что означает отсутствие жизни.

Можно сказать, что первая клетка появилась тогда, когда она смогла отделиться от окружающей среды мембраной.

Внутриклеточные мембраны подразделяют клетку на ряд замкнутых отсеков (компартаментов), каждый из них выполняет определенную функцию.

Несмотря на разнообразие биологических функций и форм, все мембраны построены в основном из липидов и белков. Другие соединения, встречающиеся в мембране (например, углеводы), химически связаны с липидами, либо с белками.

Липидная молекула состоит из двух частей: несущей электрические заряды (полярной) головки, на которую приходится, как правило, четверть длины всей молекулы (рис. 11.1), и длинных хвостов, не несу­щих электрического заряда (гидрофобных). Хвосты липидной молекулы — это длинные цепи, построенные из атомов углерода и водорода (остатки жирных кислот).

Головки могут иметь разнообразное строение, однако они заряжены либо отрицательно, либо нейтральны. Связующим звеном между хвостом и головкой чаще всего служит остаток глицерина.

Набор мембранных белков, выполняющих специализированные функции, различается в цитоплазматических мембранах и мембранах внутриклеточных структур.

В то же время любая мембрана своей структурной основой имеет липидный бислой, состоящий из двух мономолекулярных пленок липидов, обращенных друг к другу гидрофобными хвостами и контактирующих с окружающей средой полярными головками (рис. 11.2). Во всех мембранах бислой выполняет две основные функции: матричную и барьерную.

С одной стороны, бислой является структурной основой для размещения основных рецепторных и ферментных систем клетки, с другой стороны, двойной слой липидов является преградой для ионов и водорастворимых молекул.

Первая попытка представить молекулярную организацию биологической мембраны принадлежит Даниели и Давсону, которые в 1935 г. предложили модель клеточной мембраны. Согласно этой модели, липиды располагались в два слоя (см. рис. 11.2), а поверхность липидов с обеих сторон покрывали белки.

По мере приобретения новых знаний о химическом составе и физических свойствах мембран эволюционировали и представления об их организации. В настоящее время наибольшее распространение имеет предложенная в 1972 г.

Синджером и Николсоном жидко-мозаичная модель, в основе которой лежит все та же липидная бислойная мембрана.

Эта липидная основа представляет собой как бы двумерный растворитель, в котором плавают более или менее погруженные белки.

За счет этих белков полностью или частично осуществляются специфические функции мембран — проница­емость, активный перенос через мембрану, генерация электрического потенциала и т. д. Схематично жидко-мозаичная структура мембраны показана на рис. 11.3.

Здесь 1 — поверхностные белки, 2 — полупогруженные белки, 3 — полностью погруженные (ин­тегральные) белки, 4 — белки, формирующие «ионный канал» 5.

В целом, мембрана является динамичной структурой. Липиды могут перемещаться в плоскости мембраны (латеральная диффузия), а также переходить из одного монослоя в другой (флип-флоп переходы). При этом перемещение липидов в пределах одного мо­номолекулярного слоя происходит почти в 10 млрд раз чаще, чем флип-флоп переход. Белки также могут перемещаться в плоскости мембраны.

Уточнение строения биологических мембран и изучение их свойств оказалось возможным при использовании физико-химических моделей мембраны (искусственные мембраны). Наибольшее распространение получили три модели.

Рассмотрим первую модель — монослой липидов на границе раздела вода — воздух или вода — масло. На таких границах молекулы липидов расположены так, что гидрофильные головки находятся в воде, а гидрофобные хвосты — в воздухе или в масле (рис. 11.4).

Если постепенно уменьшать площадь, занимаемую монослоем, в конце концов удастся получить монослой, в котором молекулы расположены так же плотно, как и в одном из монослоев мембраны. При изменении состояния липидных молекул (под действием температуры, взаимодействия липидов с различными лекарственными препа­ратами и пр.) меняется площадь, занимаемая молекулами.

Поэтому в биологических и медицинских исследованиях широко используются монослои синтетических липидов, изолированных из различных природных мембран.

Вторая широко использующаяся модель — бислойная липид-ная мембрана (БЛМ). Впервые такая модельная мембрана была создана в 1962 г. П. Мюллером с сотрудниками. Они заполнили отверстие в тефлоновой перегородке, разделяющей два водных раствора, фосфолипидом, растворенным в гептане (рис. 11.5, а).

После того как растворитель и излишки липида растекаются по тефлону, в отверстии образуется бислой толщиной несколько на­нометров и диаметром около 1 мм (рис. 11.5, б). Расположив по обе стороны мембраны два электрода, можно измерить сопротив­ление мембраны или генерируемый на ней потенциал.

Если по разные стороны перегородки поместить различные по химическо­му составу растворы, то можно изучать проницаемость мембраны для различных агентов, в том числе лекарственных препаратов.

Третьей известной моделью биологической мембраны являются липосомы. Они представляют собой мельчайшие пузырьки (ве­зикулы), состоящие из билипидной мембраны и полученные обра­боткой ультразвуком смеси воды и фосфолипидов. Липосомы фактически являются биологической мембраной, полностью ли­шенной белковых молекул. Схематически липосомы изображены на рис. 11.6

Если липосомы приготовить в среде с каким-либо веществом, а затем удалить это вещество из внешней среды, то можно исследовать скорость выхода этого вещества из липосом данного липидного состава.

На липосомах часто проводятся эксперименты по изучению влияния различных факторов, например состава фосфолипидов, на свойства мембраны или, наоборот, влияния мемб­ранного окружения на свойства встраиваемых белков.

В медицине липосомы используют для доставки лекарственных веществ в определенные органы и ткани, приготавливая их в среде, содержащей нужное вещество. Липосомы не токсичны, полностью ус­ваиваются в организме и являются надежной липидной микрокапсулой для направленной доставки лекарства.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/2_96190_stroenie-i-modeli-membran.html

Medic-studio
Добавить комментарий