Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт фундаментальной биологии и биотехнологий Кафедра биофизики Фазовые переходы в биологических мембранах Выполнил: Григорьева.В.Л ББ11-01Б Проверил: Сутормин.О. Введение Состав и строение биологических мембран. Биологические мембраны состоят из белков и липидов. Углеводы присутствуют лишь в качестве составных частей сложных белков (гликопротеинов) и сложных липидов (гликолипидов). Вода составляет 20% от мембранного материала, а отношение белок/липид в зависимости от вида мембран колеблется от 0,25 до 3,0 Рисунок 1. Схематическое изображение клеточной мембраны Мембранные липиды могут находиться в нескольких фазовых состояниях: Кристаллическое и жидкокристаллическое. Значение температуры, при котором наблюдается фазовый переход, называется критической температурой фазового перехода, или разделения фаз. Фазовый переход приводит к увеличению подвижности ацильных цепей в бислое, увеличению угла их наклона и уменьшению плотности. Латеральная подвижность мембранных белков после фазового перехода возрастает, увеличивается вероятность образования их ассоциатов. Рисунок 2. Фазовые переход мембранных липидов Жидкокристаллическое состояние Жидкокристаллические структуры: Нематическая (нитевидная) Смектическая Холестическая Рисунок 4. Расположение молекул в аморфном (а), и жидкокристаллическом состоянии (б, в, г). Кристаллическое состояние Молекулы расположены еще более упорядоченно. Углеводородные гидрофобные хвосты фосфолипидных молекул в гель-фазе полностью вытянуты строго параллельно друг другу (имеют полностью транс-конформацию). Толщина мембраны в гель-фазе больше Т. к в кристаллическом состоянии упорядоченность в строении выше, чем в жидкокристаллическом, то ему соответствует меньшая энтропия. Рисунок 4.Изменение структуры мембраны при переходе из жидкокристаллического состояния в гель-состояние и обратно при изменении температуры. Приспособления клеточных мембран к температурным условиям Плотность упаковки фосфолипидов в липидном каркасе зависит от того, какие жирные кислоты входят в состав фосфолипидов При температуре фазового перехода резко увеличивается ионная проводимость мембраны. Жирная кислота с длинной цепью обладает более высокой подвижностью, чем жирная кислота с короткой цепью. С увеличением длины на группы температура фазового перехода увеличивается. Гипотеза петли (кинка). Наименьшей энергией обладает транс-, а наибольшей - цисконформация. Гош-конформации гош (+) и гош (−) - это поворот на ±120° относительно транс – конформации Рисунок 5. А: 1 - углеводородные цепи полностью в транс-конформации, 2 - в гош-транс-гошконформации, 3 – в цис-транс-гош-конформации; Б: кинк-блоки в углеводородных цепях мембран: 1 - в одном монослое мембраны; 2 – в двух монослоях липидного бислоя. Что еще влияет на фазовые переходы Фазовый переход может быть вызван не только изменением температуры, но и изменением химического состава окружающей среды. На плотность упаковки фосфолипидов влияет холестерин –стероид, в молекуле которого четыре кольца. Холестерин способен встраиваться в липидный строй. При этом мембрана уплотняется. Класс мембранных липидов – гликолипиды – играет важную роль в предотвращении слипания соседних клеток. Эти липиды обеспечивают отрицательный заряд на поверхности мембраны и способствуют электростатическому отталкиванию. Структура фосфолипидов Разрушение липидов происходит под действием лизолейцина (двуцепочный фосфолипид превращается в одноцепочный). Реакция катализируется ферментом – фосфолипазой А2.