352
24 атомов углерода в цепи. Один из хвостов, как правило, содержит одну или более цис-двойных связей (т. е. это ненасыщенный углеводород),
тогда как у другого (насыщенного углеводорода) двойных связей нет. Как показано на рис. 6-2, каждая двойная связь вызывает появление изгиба в
хвосте. Различия в длинах хвостов и насыщенности углеводородных цепей имеют важное значение, поскольку именно они влияют на расположение
фосфолипидных молекул друг против друга и, следовательно, обусловливают текучесть мембраны (см. ниже).
Именно амфипатический характер молекул липидов заставляет их самопроизвольно формировать бислои в водных растворах. Когда
амфипатические молекулы находятся в водном окружении, они стремятся агрегировать так, чтобы их гидрофобные хвосты были спрятаны от
молекул воды, а гидрофильные головки оказались в контакте с молекулами воды. Агрегация такого типа осуществляется двумя способами: либо
путем образования сферических мицелл, с хвостами, обращенными внутрь, либо путем формирования бимолекулярных пленок, или бислоев, в
которых гидрофобные хвосты располагаются между двумя слоями гидрофильных голов. Обе эти возможности проиллюстрированы на рис. 6-3.
Большинство фосфолипидов и гликолипидов в водной среде самопроизвольно образуют бислои. Более того, эти липидные бислои имеют
тенденцию к замыканию самих на себя, что приводит к формированию закрытых отсеков (компартментов). При этом устраняются свободные края,
на которых гидрофобные хвосты могли бы соприкасаться с водой. По той же причине компартменты, построенные из липидных бислоев, стремятся
сами залечить свои повреждения, смыкая края разорванных участков. Кроме способности к самосборке липидный бислой обладает и другими
характеристиками, делающими его идеальным материалом для клеточных мембран. Важнейшее из этих свойств - текучесть, которая, как мы
увидим в дальнейшем, обусловливает многие функции мембраны.
6-6
6-7
6.1.2. Липидный бислой - это двумерная жидкость [3]
О том, что отдельные молекулы липидов способны свободно диффундировать в пределах липидного бислоя, исследователи впервые
узнали, как это ни странно, только в начале 1970-х годов. Первоначально это было показано на искусственных липидных бислоях. Для
экспериментальных исследований оказались весьма полезными искусственные бислои двух типов: 1) липосомы, имеющие форму сферических
пузырьков, диаметр которых варьирует от 25 нм до 1 мкм в зависимости от способа их получения (рис. 6-4), и 2) плоские бислои, называемые
черными мембранами, «закрывающие» отверстие в перегородке между двумя отделениями сосуда, заполненными водой (рис. 6-5).
Для измерения подвижности отдельных липидных молекул и их частей используются разнообразные методы. Так, к полярной голове
молекулы липида можно присоединить «спиновую метку», например нитроксильную группу (= N — О), имеющую неспаренный электрон. Спин
этого электрона порождает парамагнитный сигнал, обнаруживаемый методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) (принципы этого
метода сходны с принципами ядерного магнитного резонанса. ЯМР). Этот метод позволяет легко определить движение и ориентацию в бислое
подобного спин-меченного липида. Такие исследования показывают, что липидные молекулы в синтетических мембранах чрезвычайно редко
перескакивают из одного монослоя мембраны в другой. Любая индивидуальная молекула липида осуществляет подобный пере-
Рис. 6-4, А. Электронная микрофотография нефиксированных неокрашенных фосфолипидных пузырьков (липосом) в воле. Обратите
внимание, что бислойная структура везикул легко различима. Б. Схематическое изображение небольшой сферической липосомы в поперечном
разрезе. Липосомы обычно используются в экспериментальных исследованиях в качестве модельных мембран. (А - с любезного разрешения Jean
Lepault.)