Биологические мембраны - Финдлея Дж.Б.
ISBN 5-03-001317-2
Скачать (прямая ссылка):
Подвижность сегментов углеводородных цепей фосфолипидов обусловливает
"жидкое" состояние липидного бислоя. Молекулярная основа подвижности
заключается в том, что связи
24*
364
Глава 8
С-С жирнокислых "хвостов" могут находиться либо в транс-, либо в гош-
конфигурации, а переход из одной конфигурации в другую происходит в
результате поворота вокруг этих связей [62]. Возникающая при этом
разупорядоченность характеризуется параметром S (разд. 3.2.2). Динамику
г/мшс-гош-изомери-зации можно описать временем вращательной корреляции
тк, т. е. временем, необходимым для поворота некой группы молекул на угол
в 1 рад. Подвижность сегментов фосфолипидов влияет на многие их
физические свойства и может изучаться соответствующими физическими
методами. Однако количественная оценка параметров встречает затруднения
по следующим причинам:
1) одновременно с транс-гош-изомеризацией липидные молекулы могут
совершать и другие движения, влияющие на результаты измерений (например,
возможно перемещение всей молекулы или только погруженной в бислой
части);
2) подвижность сегментов носит анизотропный характер и ограничена в
пространстве, поэтому часто не может адекватно описываться только
величиной тк;
3) полученные экспериментальные данные не удается прямо связать с
параметрами, характеризующими физическое движение; приходится привлекать
сложные и недостаточно обоснованные теории.
Все эти вопросы подробно рассмотрены в работах [43, 44, 50, 63].
3.4.1. ЯМР
При изучении сегментной подвижности фосфолипидов методом ЯМР измеряют
либо время спин-решеточной релаксации Т\, либо время спин-спиновой
релаксации Т2 определенных ядер жирнокислотной цепи, либо полуширину
соответствующих сигналов [44, 64]. Проще всего измерять 7V
Время Г, спин-решеточной релаксации, называемое также временем продольной
релаксации, - это время (для ансамбля идентичных ядер), необходимое для
установления равновесного значения параллельной внешнему полю
составляющей (Z-kom-поненты) магнитного момента после возмущения
равновесия. Т\ можно точно измерить с помощью специальной импульсной
техники [64]. Для этого используют как 2Н-, так и ,3С-ЯМР липидов,
обогащенных этими изотопами. В простейших случаях Т\ обратно
пропорционально тк, однако в общем случае связь между Т\ и тк гораздо
сложнее [44, 64]. Пределы экспериментально определяемых Т\ соответствуют
значениям тк от 10~4 до
10-п с [65].
Биофизические подходы
365
3.4.2. ЭПР спин-меченных фосфолипидов
Параметры спектров ЭПР нитроксильных спиновых меток зависят как от
ориентации, так и от подвижности метки. Поэтому спектры нитроксильных
радикалов, прочно связанных с разными сегментами углеводородной цепи
фосфолипидной молекулы, содержат информацию о подвижности данного
сегмента в модельных липидных системах или биомембранах. В принципе с
помощью обычного ЭПР можно следить за процессами, протекающими с
характерными временами тк=10-7-10-11 с, а с помощью ЭПР с переносом
насыщения 10-3-10-7 с [48, 66]. Сегменты с меньшими временами
вращательной корреляции считаются иммобилизованными. К сожалению,
расшифровка спектров ЭПР требует сложных вычислений [48, 66].
3.4.3. Деполяризация флуоресценции
Для определения микровязкости бислоя tj в непосредственной близости к
метке можно использовать деполяризацию флуоресценции небольших
жирорастворимых зондов, например пе-рилена [56, 67]. Зная т), несложно
вычислить время вращательной корреляции тк сегмента цепи, расположенного
на глубине, соответствующей среднему положению зонда. И наоборот,
определив методом ЭПР или ЯМР тк (как это описано в разд. 3.4.1 и 3.4.2),
можно оценить вязкость тр Такой подход, связывающий подвижность липидов с
вязкостью мембраны, которую в свою очередь можно определить по уменьшению
анизотропии флуоресценции, довольно популярен. Однако имеется ряд
осложняющих обстоятельств [43, 52, 67], которые, кстати, частично
объясняют тот факт, что полученные разными методами значения вязкости
мембраны различаются более чем на порядок [43].
4. Вращательная, латеральная и трансбислойная диффузия белков и
липидов
Вращательная и латеральная диффузия компонентов "жидкого" бислоя
происходит с довольно большой скоростью. Отдельные молекулы могут также с
определенной вероятностью перескакивать из одного монослоя в другой.
4.1. Вращательная диффузия белков
Как следует из оценок вязкости мембраны, полученных из флуоресцентных
измерений и данных магнитного резонанса (разд. 3.4.3), нижняя оценка для
времени вращательной корре-
366
Глава 8
ляции интегральных мембранных белков в липидном бислое составляет
несколько микросекунд. С другой стороны, она может достигать нескольких
секунд, если белок "заякорен" в мембране посредством белок-белковых
взаимодействий. С помощью оптической спектроскопии триплетных зондов [68-
72] или ЭПР с переносом насыщения [66, 68] можно измерить времена
корреляции как в микросекундном, так и в миллисекундном диапазоне.
4.1.1. Оптическая спектроскопия триплетных зондов
