лирующего поступление в клетку и выход из нее различных веществ, Э. Овертон первый указал на то, что мембрана состоит из липидов.

Примерно через 20 лет Э. Гортер и Ф. Грендель попытались экстрагировать мембранные липиды. Это им удалось сделать в 1925 г. Сравнив площадь монослоя экстрагированных из эритроцитов липидов с площадью поверхности клеток, они установили, что Овертон был прав — мембрана действительно состоит из липидов, а мембрана эритроцита представляет собой бимолекулярный липидный непрерывный слой. Эти же авторы предположили, что бимолекулярный липидный слой достигает толщины 3— 4 нм и определенным образом связан со структурами белковой природы.

Одновременно с химическими методами, хотя и не так интенсивно, арсенал методов исследования биологических мембран пополнялся физическими методами. Так, измерение осмотических свойств клетки (Пфеффер, 1877), скорости процесса, вызывающего «вторичное» сокращение мышцы (Гельмгольц, 1850), некоторые опыты в исследованиях Э. Дюбуа-Реймона, В. Оствальда, X. де Фриза и Э. Рейда можно с уверенностью классифицировать как физические. А опыты Р. Чамберса по изучению проникновения веществ в клетку и их диффузии внутри клетки (1922), измерению электрической емкости и электрического сопротивления эритроцитов (Фрике, 1925; Хёбер, 1926), изменению поверхностного натяжения на границе липид — вода в зависимости от добавок различных веществ, которые провели Д. Даниэлли и X. Давсон в 1935 г., являются истинно физическими методами, одними из самых плодотворных в изучении структуры и функции мембран. Так, Даниэлли и Давсон, приняв во внимание, что уменьшение поверхностного натяжения на границе липид—протоплазма может быть следствием взаимодействия белковых и липидных молекул, а также используя данные и идеи предыдущих исследователей, высказали первую гипотезу о строении биологической мембраны (рис. 1). (Справедливости ради следует упомянуть, что модель мембраны в виде липидного бислоя в первом варианте предложил Д. Даниэлли в 1930 г. При этом он исходил из опытов и расчетов Э. Гортера и Ф. Гренделя, а также из того, что липиды в водных растворах образуют мицеллы, в которых гидрофильные «головы» взаимодействуют с внешней средой, а гидрофобные «хвосты» контактируют только друг с другом.)

Рис. 1. Модели структуры биологических мембран:

1) Модель Даниэлян — Давсона (1935); 2) Модель Стейна — Даниэлян (1956); 3) Модель Робертсона (1964); 4) Модель Лацн (1964); 5) Модель Шестранда (1965,1968); 6) Модель Грнна и Пердью (1966); 7) Модель Бенсона (1966); 8) Модель Вандеркоя и Грнна (1970); 9) Модель Зингера (1972); ш) Модель мембраны с учетом связи ее структурных компонентов с цитоскелетом клетки

Эта модель господствовала в биологии довольно длительное время. Несмотря на то что уже давно мембранные системы исследуются при помощи электронной микроскопии, которая дала возможность-увидеть не только плазматическую, но и много внутриклеточных мембран, модель была использована для создания концепции унитарной мембраны (Робертсон, 1964), согласно которой единая структура Лежит в основе всех мембран, независимо от их природы и выполняемых функций.

Появление этой, в некоторой степени ошибочной, концепции обусловлено тем, что к 60-м годам накопилось много электронно-микроскопических снимков, на которых большинство мембран различного типа выглядели одинаково. Несмотря на то что в последнее время методы элект-ронно-микросконических исследований значительно усовершенствованы, к этим данным необходимо относиться осторожно. Чтобы правильно их интерпретировать, необходимо решить много вопросов. Например, почему оксид осмия (VIII) окрашивает лишь белковый слой? Почему мембрана, из которой экстрагированы почти все липиды (например, митохондриальная), имеет также трехслойную структуру? Усложняет интерпретацию электронно-микроскопических данных существование в природе «нетипичных» (по строению) мембран. Так, мембраны газовых вакуолей некоторых бактерий и сииезеленых водорослей име^-ют толщину до 2 нм и состоят практически из белка.

Хотя мембраны различных клеток и органелл существенно отличаются по химическому составу и выполняемым функциям, все же они имеют много общего в отношении основных закономерностей их молекулярной архитектуры. Однако последнее изучать нелегко в связи с тем, что мак-ромолекулярные компоненты мембран отличаются строгой специфичностью. Эта специфичность проявляется не только в тех нли иных реакциях, но и при формировании надмолекулярных мембранных комплексов. В этом плане в последние десятилетия усилия исследователей направлены на изучение природы взаимодействия между белковыми и ли-пидными молекулами, а также молекулами других компонентов мембран: углеводов, воды, неорганических ионов и др. Естественно, что это повлекло за собой разработку сложных методов выделения отдельных компонентов, их очистки, методов изучения молекул в целом и их отдельных участков.

В практикуме по структуре и функции мембран дается краткий обзор большинства методов. Кроме того, предлагаются лабораторные работы, с помощью которых можно решить много важных вопросов: из каких компонентов состоят биологические мембраны; какие существуют модели биологических мембран; каковы структурные особенности макромолекул и макромолекулярных комплексов; какова роль белок-липидных, белок-углеводных, липид-уг-леводных и других взаимодействий; где расположены отдельные молекулы в мембране; как протекают реакции с участием мембранно-связанных ферментов; как трансформируется энергия биологическими мембранами, и др.

Мы надеемся, что краткий обзор методов изучения биологических мембран и практические примеры помогут студентам старших курсов биологических факультетов, аспирантам и молодым исследователям повысить свой исследовательский и методологический уровень в важной области физико-химической биологии — мембранологии.

При разработке и постановке отдельных работ большую помощь авторам оказали сотрудники межкафедральной лаборатории структуры и функции мембран Киевского