Биофизика - Владимиров Ю.А.
Скачать (прямая ссылка):
Зная количество
104
Рис. 39. Влияние холестерина на выраженность фазового перехода в
суспензии липосом из дистеароилфосфатидилхо-лина.
Цифры у кривых - содержание холестерина в молярных процентах. 50%
холестерина содержится обычно в липидной фазе клеточных (плазматических)
мембран. dQ/dT - теплоемкость; Т - температура.
т фосфолипида в пробе (в молях), можно рассчитать молярную энтальпию
плавления:
ДЯ = AQ/m. (5.2)
По уравнению 1.2 можно найти изменение энтропии при плавлении.
Для температурной точки Тс (ДС =0) AS = ДН/Тс.
Эта величина возрастает с ростом длины углеводородной цепи жирных кислот,
причем на каждую новую метиленовую группу приходится примерно постоянное
увеличение энтропии при фазовом переходе. На каждый моль СН2~групп
прирост энтропии при плавлении составляет около 2,9 Дж/К, а на каждую
отдельную СН2 группу - 4,8 • 10"24 Дж/К- Уравнение 1.1 позволяет нам
найти теперь изменение числа микросостояний группы СН2 при фазовом
переходе w2/w1 - 1,4. Получается, что в среднем количество возможных
состояний каждой метиленовой группы при плавлении возрастает почти в
полтора раза, т. е. упорядоченность в упаковке углеводородных цепей
липидов в мембране заметно уменьшается.
Знание АН позволяет найти размеры кооперативной единицы п. Для этого
сначала требуется найти энтальпию плавления моля кооперативных единиц
А#,,. Это можно сделать, если нам известно соотношение количества
липидов, находящихся при каждой данной температуре в жидком и твердом
состоянии (тж//лт), используя уравнение Вант-Гоффа (1.11). Определение
тж/тт может осуществляться многими методами, в том числе и по самим
кривым
105
Рис. 40. Расчет характеристик фазового перехода в липидах по данным
дифференциальной сканирующей калориметрии.
Слева - зависимость теплоемкости от температуры. С - теплоемкость в ус-
ловных единицах; ДТ - полуширина фазового перехода; Тс - температура
плавления. Заштрихованная площадь равна q, эта величина зависит от Т.
Справа - вавнсимость q от Т, посторенная по данным графика, слева AQ-
теплота плавления. Ординаты q(T) на графике справа равны площадям q(T)
слева. шж/тт - количественные отношения липнда в жидкой и твердой фазах.
зависимости теплоемкости с от температуры Т. Площадь под такой кривой от
начала фазового перехода Т1 до дан-
т
ной температуры Т q = j cdT пропорциональна коли-
т,
честву молекул, уже претерпевших фазовый переход, т. е. тж, а отношение
q/AQ = mm/(tnm+rnT) (рис. 40). Величина ql(AQ - q) = tnn/mT при всех
температурах во всем интервале фазового перехода. Найдя величину mjm^
(этим или иным методом), откладывают на графике In(тж/тт) как функцию
обратной абсолютной температуры 1/Т и находят АНн из углового
коэффициента прямой, который равен - AH/R (см. уравнение 1.11). Число
молекул п в кооперативной единице равно п = АН JАН. В липидных мембранах
это число может составлять несколько десятков. Чем однороднее мембрана по
химическому составу, тем больше размеры кооперативных единиц. Например,
введение холестерина в фосфолипидные мембраны нарушает кооперативный
характер фазовых переходов, а различия между твердым и жидким состоянием
липидного бислоя стираются; это позволяет говорить о "пластифицирующем"
действии холестерина на липидный бислой.
В биологических мембранах генерализованные кооперативные переходы были
впервые изучены советским био-
13 27 30 t"C
Рис. 41.Температурная зависимость подвижности жирнокислотных цепей в
мембране саркоплазматического ретикулума и активности Са2+ - АТФ-азы.
А - активность АТФ-азы в условных единицах; Ап - подвижность
жирнокислотных цепей по данным ЭПР (см. рис. 46). Излом кривых указывает
на структурную перестройку мембраны.
физиком С. В. Коневым и сотрудниками. Казалось бы, в жидком липидном
бислое, который характерен для биологических мембран, нагревание и другие
градуальные воздействия, например постепенное изменение pH или солевого
состава среды, должны вызывать лишь плавные изменения свойств липидной
фазы. В действительности же были обнаружены критические точки, при
которых наблюдается скачкообразное изменение характеристик липидного
бислоя и мембранных белков, например, резко изменяется вязкость мембраны,
энергия активации ферментативных реакций и т. д. (рис. 41). Природа этих
яв-
107
лений до конца еще не выяснена, но они, несомненно, важны для регуляции
процессов, протекающих в функционирующих биологических мембранах.
5.3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕМБРАНЫ КАК ФАЗЫ
Проницаемость мембран для различных веществ, работа мембранных ферментов
и рецепторов непосредственно зависят от физических свойств липидной фазы
в биологических мембранах: поверхностного заряда и межфазного скачка
потенциала, микровязкости и способности растворять в себе различные
соединения.
Поверхностный заряд мембраны создается заряженными фосфолипидами,
например фосфатидилсерином, а также гликолипидами и гликопротеидами,
которые придают мембранам преимущественно отрицательный заряд. Наличие
