Трансформированная клетка - Эш Б.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Мембранная теория функционирования клеток возникла из теории разбавленных растворов и основана на химических и физических свойствах клеточных мембран, обусловливающих способность создавать асимметрическое распределение ионов между внутренней и внешней поверхностью клеток. Эта теория опирается на существование мембранных ферментативных насосов, которые с помощью энергетически зависимых процессов перемещают ионы как Na, так и К, но не предусматривает каких-либо изменений физических свойств воды в течение клеточного цикла или трансформации.
Противоположная гипотеза, в соответствии с которой структура воды и белков протоплазмы играет важную роль в функционировании клетки (Ling, 1962; Troshin, 1965), названа адсорбционной теорией. Лучшее развитие этих представлений было сделано Ling в его ассоциативно-индукционной гипотезе, согласно которой ионы главным образом связываются с зарядами боковых групп клеточных макромолекул, а вода, взаимодействуя с клеточными макромолекулами, изменяет физические свойства. При такого рода взаимодействиях образуются специфические растворы цитоплазмы, в результате чего возникает асимметрическое распределение ионов Na и К в цитоплазме. Эта теория предсказывает изменения физических свойств воды в течение клеточного цикла и при трансформации, являющихся следствием изменений концентрации как электролитов, так и групп макромолекул, подвергающихся конформационным изменениям, а также изменений состава клеток. Данные, представленные в этой главе, направлены на поддержку представлений о клетке как о едином целом, в котором все компоненты взаимосвязаны посредством их влияния на структуру воды в клетке.
Ядерный магнитный резонанс, или ЯМР-спектроскопия,— метод, который был заимствован у физики и химии, позволяет изучать свойства воды нормальных и трансформированных клеток и тканей. Прежде чем рассматривать данные о трансформированном состоянии клеток, полученные с помощью этого метода, в следующем разделе будет представлено объяснение принципов, лежащих в его основе. Будет сделана попытка объяснить, как значения продолжительности времен релаксации Тг и Т2 характеризуют состояние воды в клетках и скорость вращения ее молекул.
271
9.1.2. Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР)
Краткое обсуждение теории импульсного ЯМР можно найти в нескольких источниках, включая «Импульс и четвертое превращение ЯМР» Farrar и Becker (1971). В настоящее время используются два типа ЯМР — импульсный ЯМР и ЯМР с постоянной волновой энергией, наиболее часто использующийся в органической химии, хотя оба они основаны на одном и том же принципе.
Открытие ядерного магнитного резонанса принадлежит двум группам ученых: Block, Hansen, Packard из Стенфорта и Purcell, Torrey Pound из Гарварда. ЯМР основан на способности атомных ядер поглощать энергию, когда они размещены в магнитном поле при определенных резонансных условиях. Это — форма спектроскопии, и она может быть отнесена к большому семейству оптической спектроскопии, основанной на явлении поглощения или излучения электронами энергии, которое мы наблюдаем, используя методы калориметрии или спектрофотометрии. Если атомные ядра со спином I размещены в постоянном внешнем магнитном поле, они займут положение на {21 + 1)-энергетических уровнях. Для простейшего случая ядер водорода со спином V2 имеются два возможных энергетических уровня, разность энергии которых АЕ — \iЯ0/7, где ]ы — ядерный магнитный момент, а Н0 — значения постоянного магнитного поля. Значение jli определяется по формуле fx = yhli2я, где у — гиромагнитное отношение для изучаемых частиц, h — постоянная Планка. Следовательно, когда водосодержащие образцы ткани размещаются в магнитном поле, ядра атомов водорода распределяются по двум энергетическим уровням, один из которых будет параллелен магнитному полю, а другой антипараллелен направлению поля Я0. Ядра распределяются в магнитном поле между двумя энергетическими уровнями неравномерно: на нижнем энергетическом уровне их несколько больше. Поскольку каждая частица обладает зарядом и спином, общий суммарный магнитный момент образца в магнитном поле будет заметно увеличиваться и выражен как М, значение которого при этом стремится уравняться с полем Н0. Так как каждое ядро является вращающейся заряженной частицей, имеющей магнитный момент, наложение внешнего поля Н0 влияет на этот момент так, что частица начинает прецессировать или вращаться вокруг направления магнитного поля с частотой, которая определяется уравнением Лармура
w0 « — уН0 (рад ¦ с-1),
где w0 — резонансная частота для соответствующего типа ядер. Это свойство системы — возмущаться при наложении магнитного поля — может быть использовано при ее исследовании. Для этого должна быть приложена энергия только той резонансной частоты, которая поглощается исследуемыми ядрами.
Если Н0 и w0 — постоянные величины для данных ядер вещества (как, например, водород для воды), угол 0, определяемый между магнитным моментом и Н0, может изменяться при изменении длитель-
