Биологические мембраны - Финдлея Дж.Б.
ISBN 5-03-001317-2
Скачать (прямая ссылка):
3.1.3. Другие методы
Фазовые переходы в липидных системах можно изучать с помощью большинства
спектроскопических методов. 31Р-ЯМР позволяет наблюдать за изменениями
конфигурации гидрофильных головок фосфолипидов, а 2Н-ЯМР липидов с
дейтерирован-
¦* ТемпЕрптура, К
Рис. 8.5. Полученные методом ДСК кривые плавления дистеароил-,
дипальмито-нл- и димиристоилфосфатидилхолинов в воде (кривые /, 2 и 3
соответственно); концентрация липидов равна 50% (в/в). Пики на
термограммах соответствуют точке плавления льда (левый), так называемому
предпереходу (Lp*->-Pp") (маленький пнк) и точке плавления жирнокислотных
цепей (Pp,-*-L0) липида* (Из работы [38] с разрешения авторов.)
¦Ц56
Глава 8
ными головками или хвостами - за структурными изменениями как полярных,
так и неполярных областей бислоя. Аналогичную информацию можно получить с
помощью ЭПР или спектро-флуорометрин, если предварительно ввести в липиды
жирные кислоты, содержащие спиновые или флуоресцентные метки (свободные
или ковалентно связанные с фосфолипидами). В последнем случае можно
использовать небольшие жирорастворимые молекулы, например 8-амин-1-
нафталинсульфонат (АНС), флуоресценция которых зависит от фазового
состояния системы. Фазовые состояния липидных систем можно изучать также
с помощью ИК- и КР-спектроскопии, регистрируя изменения частоты колебаний
связей С-Н (или С-2Н) в жирных кислотах [37].
3.2. Структура фаз
3.2.1. Дифракция рентгеновских лучей и нейтронов
Безводные или содержащие небольшое количество воды гомогенные липидные
системы могут образовывать трехмерные кристаллы. Иногда такие кристаллы
удается изучать методами рентгеновской или нейтронной дифракции. Это
позволяет установить трехмерную структуру липидов на атомном уровне.
Часто характерные особенности такой структуры бывают присущи и менее
упорядоченным фазовым состояниям, что очень важно, ¦если иметь в виду
реальные биологические системы. Подобные фазовые состояния имеют
преимущественно ламеллярную структуру, и их можно изучать методами
рентгеновского или нейтронного рассеяния подобно тому, как это описано
для белков в разд. 2.3. Поскольку углеводородные цепи образуют структуру,
характеризующуюся наличием ближнего порядка, рассеяние наблюдается не
только на малые, но и на большие углы. Применительно к липидам эти методы
оказываются гораздо "более информативными, чем применительно к белкам,
особенно в случае плотно упакованных ламеллярных систем. С их помощью
можно получить следующие характеристики:
1) фазовые состояния липидных систем (общее расположение липидных
молекул);
2) размеры бислоя;
3) углы наклона жирнокислотных цепей относительно плоскости бислоя;
4) среднюю степень упорядоченности цепей;
5) площадь, приходящуюся на одну липидную молекулу;
6) положение молекул воды [14, 20, 36].
Основной недостаток ранних работ по рентгеновскому рассеянию (см.,
например, рис. 8.6) состоял в том, что не были
Биофизические подходы
357
известны фазы структурных факторов, поэтому полученные модели можно было
рассматривать лишь как приближения. В современной постановке эксперимента
для определения фаз заменяют одно ядро 'Н в липидных молекулах на 2Н
[40]. Вместо дейтерирования иногда даже просто гидратируют липид с
помощью D2O [40].
Более детальную информацию о конфигурации фосфолипидов можно получить,
используя дейтсрированные в разных положениях производные определенных
липидов. В этом случае
Рис. 8.6. Распределение электронной плотности в бислое, состоящем из
дипальмнтоилфосфатидпл-холнна (внизу), и структурная модель фазы Lp.
(вверху), полученные с помощью рентгеновского рассеяния. Жириокислотные
цепи полностью вытянуты и расположены наклонно относительно нормали к
поверхности ламеллы. (Из работы [361 с разрешения авторов.)
положения ядер дейтерия, цилиндрически усредненные относительно нормали к
плоскости мембраны, можно оценить с точностью примерно 1 А. В результате
удается получить среднюю конфигурацию фосфолипидных молекул с разрешением
порядка длины сегмента, причем при желании можно выявить даже тонкие
структурные детали, например ориентацию полярных головок относительно
плоскости мембраны. Используя фосфолипиды, у которых дейтерированы по
отдельности одна и вторая жирнокислотные цепи, удается выявить различия в
конфигурации цепей [40, 41]. На рис. 8.7 приведен пример использования
358
Глава 8
этого метода (ср. с представленными на рис. 8.6 более ранними данными,
полученными методом малоуглового рентгеновского рассеяния на такой же
липидной системе, находящейся в таком же фазовом состоянии). Ширина
распределения метки зависит от ориентационной разупорядоченности н
флуктуации углов между сегментами цепи [41] (см. ниже).
Рентгеновское и нейтронное рассеяния можно применять также для
определения положения молекул стероида относительно центра бислоя в
смешанных системах, содержащих фосфолипид и холестерол [14]. Впрочем, с
помощью этих методов не удается с высокой точностью установить
