ческое состоя?ше увеличиваёт-

6*

83

ся вращательная свобода углеводородное пеночки липидов. Ниже температуры фазового перехода'углеводорода липидов имеют относительно жесткую rpawc-конфигурацпю. Во время перехода наблюдается укорочение цепочки (за счет образования петли) и увеличение дистанции между молекулами, что вызывает боковое растяжение целого бислоя. Так, для паль-митиллецитина переход из геля в жидкокристаллическое состояние сопровождается увеличением пространства, занимаемого молекулой с 48 до 65—70 А, т. е. объем бислоя увеличивается. Кроме латерального растяжения при температуре выше точки фазового перехода происходит увеличение скорости латеральной диффузии липидных молекул как результат уменьшения ван-дер-ваальсовых сил и энергии активации молекулярного смещения.

Структура бимолекулярного слоя в жидкокристаллическом состоянии сильно зависит от так называемого параметра порядка 5. Спин-меченые эксперименты показали, что параметр порядка 5 непрерывно уменьшается от полярной области к концу цепочки, подтверждая, что структура бислоя организована в области полярных групп и дисорганизована внутри. Параметр порядка S постоянен почти для всей длины углеводородной цепочки, но резко уменьшен у трех последних углеродных атомов. Такое существование градиента подвижности свидетельствует о том, что углеводородные цепи упакованы наиболее плотно в области, примыкающей к глицериновым остаткам липидных молекул, и менее плотно — в центральной области бислоя. В результате плотность упаковки цепей в районе глицериновых остатков оказывается на 12% больше, чем в районе концевых метильных групп.

Холестерин оказывает двоякое влияние на физические свойства фосфолипидиого бислоя. Пр^температуре^ превышающей точку фазового перехода фосфблипида, холестерин уменьшает подвижность углеШ5Д'ОродТ1ШГ цепей.'ТЛри добавлении холестерина пространство, занижаемое одной молекулой лецитина, уменьшается с 96 до 56 А. Вот почему высокое содержание холестерина характерно для миелина и плазматических мембран, тогда" как во внутриклеточных мембранах содержание его незначительно. В плотных миелиновы_х мембранах фосфолипиды и холестерин содержатся в соотношении 1:1, а в менее плотных мтохтКркШШых мембранах это соотношение равно 6т 3 : 1 до 8:1. Этот уплотняющий эффект холестерина максимален в районе центрального участка углеводородных цепей и ослабев^ ет в направлении концевых С-метильных групп. При температуре нижелрчки фазового перехода фосфодап1Щов_холестер11н разжижмх^ТД^одогюдцую^ дбл асть т бимоле кул явного. сл оя,

"Tipи низких концентрациях холестерина в мембране происходит латеральная сегрегация фосфолипид-холестериновых комплексов и несвязанных молекул фосфолипидов. При этом хо-

34

лестерин взаимодействует в первую очередь с теми молекулами фосфолипидов, которые имеют более низкую температуру фазового перехода. При соответствующих соотношениях компонентов этот эффект приводит к латеральному разделению молекулярных видов фосфолипидов в пределах бислоя. Например, образуются отдельные фазы ненасыщенных (холестерин-связанных) и насыщенных (несвязанных) лецитинов. Латеральное разделение липидных ^компонентов в плоскости бислоя — важная осоЩ*^^ Благодаря такому разделе'

нию в г5ислое имеются области, где все углеводородные цепочки находятся только в гелеобразном или только в жидкокристаллическом состоянии. И наряду с этим существуют области, где «организованные» и жидкие области сосуществуют. При этом жидкая область богаче фосфолипидами с низкой температурой пла^ с высокой температурой плавления, пбэтотяу относительный размер «твердых» областей увеличивается, когда окружающая температура уменьшается. Латеральные фазовые разделения липидных смесей отличаются от фазовых переходов чистых липидов. Одни смешанные липиды проявляют «твердые», другие—«жидкие» фазовые несмешиваемости. Сосуществование таких геле-образных и жидкокристаллических областей в пределах одной мембраны увеличивает ее сжимаемость, что может оказывать влияние на глубину погружения мембранных белков и эффективность работы мембранных насосов.

Фазовые переходы липидов в заряженных липидных слоях при постоянной температуре могут быть вызваны изменением параметров, имеющих биологическое значение, включая рН, ионную силу, концентращро двухвалентных катионов, т. е. параметров, изменяющих заряд полярных групп липидов. Доказано, что температура фазового перехода есть функция заряда и плотности заряда на липидной молекуле. Любое увеличение/ заряда полярных групп благоприятствует жидкому состоянию ч из-за латерального электростатического отталкивания. Любое f увеличение заряда уменьшать температуру фазового перехода,г и наоборот. Поэтому увеличение заряда липида при постоянной1 температуре должно способствовать переходу геля в жидкокристаллическое состояние, тогда как уменьшение заряда обусловливает переход из жидкокристаллического состояния в гелеоб-разнос.

Заряд на полярной группе липидов может изменяться в зависимости от рН или адсорбции двухвалентных катионов. При уве-^ личении рН возрастает заряд фосфолипидов путем устранения^ протонов, и следствием этого является уменьшение температуры фазового перехода. Так, для димиристофосфатидной кислоты переход от рН 3,4 к 11,3 сопровождается уменьшением температуры фазового перехода от 53 до 25° С соответственно. Поэтому в тех температурных пределах, где точка перехода сильно

85

зависит от рН, возможно вызывать фазовые переходы липидов при постоянной температуре небольшим изменением рН, которое и имеет место в физиологических условиях. Тогда jriepexQiL.H3 жидкокристаллического в гелеобразное состояние будет происходить при уменьшении рН, а последовательное увеличение р1Т будет ЁОзвращать систему в жидкое состояние.

Другим путем изменения поверхностного заряда в физиологических условиях является поверхностная адсорбция двухвалентных катионов, вызывающая увеличение температуры фазового перехода в результате снижения поверхностной плотности заряда. Taj<, иг^ы^Са2+ и Mg2+ стабилизируюторганизованную структуру и уЕ1еличив?ют температуру фазового перехода"тогда как одновалентные катионы ока*зывают^п7)дтйвополбжный эффект. Двухвалентные катионы благоприятствуют гелеобразному состоянию, а одновалентные — жидкому состоянию системы. Таким образом, в определенных температурных пределах переход из одного состояния в другое при постоянной температуре можно осуществить небольшим изменением ионного баланса в области мембраны. Система становится еще более тонко балансируемой в том случае, когда ионные эффекты сочетаются с вариациями рН.

Представляет особый интерес вопрос — могут ли начаться фазовые переходы липидов при освобождении илн адсорбции катионов на мембранной поверхности? Связывание катионов заряженными липидами сильно зависит от поверхностного потенциала, который имеет разные значения в гелеобразном и жидкокристаллическом состояниях из-за различий в молекулярной упаковке (или плотности поверхностного заряда) в этих двух состояниях. При определенных физиологических условиях ст