Мембраналардың негізгі қасиеттері мен функциялары

 

МЕМБРАНАҚҰРЫЛЫМЫНЗЕРТТЕУӘДІСТЕРІЖӘНЕОЛАРДЫҢДАМУЫ.

Рентгенсәулелердіңдифракциясы

Бұләдісарқылыжоғарыреттелгенкристаллдықүлгілердізерттегенде, құрылымжайлыкөпмәліметтердіалуғаболады, егердепрепаратреттелмегенболсабұләдістіңмүмкіндіктерішектелген.

Жүйкеталшықтардыңмиелиндікқабықтарыжәнефоторецепторлықклеткаларөтежоғарыреттелгенқұрылымдарболыптабылады, сондықтанолардыарнайыөңдеусізақрентгенқұрылымдықәдісімензерттеугеболады. Дифракциялықбейнебізгеүшқабаттыкөрсетеді: екішеткіқабаттардыңэлектрондытығыздығыөтежоғары, алортақабаттыңтығыздығытөмен. Миелиндікмембраналарүшінтөменэлектрондытығыздықсұйықкөмірсулардыңтығыздығынасәйкескеледі. Фосфолипидтімолекулалардыңфосфаттытоптарыжоғарыэлектрондытығыздықпенсиаптталатынқабаттардықұрайды. Алақуыздардыңмолекулаларыныңкөбісілипидтікқабаттыңсыртындажататыншығар.

Электрондықмикроскопия

Зерттелетінпрепараттаросмийменбоялады да микроскоп арқылызерттледі. Робертсон «унитарлы» депатапкеткен, құрамынаэлектрондықтығыздығыжоғары, арасындағықашықтығы 80А екіқабаткіретін, үшқабаттықұрылымдыжиікөругеболады. Ақуыздың мембранаға енуін қатырып ою әдісімен зерттейді /Сурет 5/.

 

 

Сурет 5.Мембраналардықатыррыпоюәдісіарқылызерттеу. А.Қатырылғанклетканыңжарықшасыныңжазықтғытүрлімембраналардың орта бөлігіненөтеді. Б.Жарықшаныңекібөлігіайырылады. В.Қабатүстіндегідетальдерінанықтауүшінүлгінівакуумдавозгонкаданөткізеді. Г.Үлгініплатинамен, оданкейінкөміртекпенбүркеді, солайүлгініңүстіненрепликаныаламыз. Д. Репликаныпрепараттанбөліпалады да электрондымикроскоппензерттейді

МЕМБРАНАЛАРДЫ ЗЕРТТЕУ ҮШІН АРНАЛҒАН МОДЕЛЬДІК ЖҮЙЕЛЕР.

Мембраналарды құрайтын липидтердің көбісі, олардың  үстіне су қосқанда, ерімей бір қабатқа  қатар тұрады. Олардың полярлық топтары  суда, ал гидрофобты топтары ауада  орналасады, мономолекулярлы қабатты  құрып, жайылады.

Жасанды биқабатты мембраналар.

Липосомаларды немесе фосфолипидті везикулаларды  липидтерді суға шашырату арқылы алады /Сурет 9/. Табиғатта жиі кездесетін липосомалар - мультиламеллярлық липосомалар.

Сурет 10. Бірқабаттылипосомалардыңқұрылусхемасы (Антонов В.Ф. 2000)

 

Мультиламелярлық липосомалар.

Әрекеттесулердің  мінезіне сәйкес не мульти-, не моноламелярлы  липосомалар пайда болады /сурет 11/.

 

Сурет 11. Фосфолипидтіквезикулалардыңқұрылуы (Рубин А.Б.,1999)

 

Қарапайыммеханикалықәрекеттесулердіңнәтижесіндекөпқабаттыбөліктерпайдаболады /диаметрібірнеше микрометр/. Көпқабаттылипосоманыңжекебимолекулалыққабаттары су ортасыменерекшеленеді. Липидтіқабаттардыңқалындығы 6,5 - 7,5 нм, ал ара қашықтық - 1,5 - 2 нм. Көпқабаттылипосоманыңдиаметрі 60 нм мен 400 нмарасында.

Бұлбөліктерделипидтібиқабаттарішкі фазаны сыртқыерітіндіденбөледі. Бұныменбайланыстымультиламелярлылипосомалардылипидтібиқабаттыңбарьерлықфункциясынзерттеуүшінқолданады.

Мультиламелярлы липосомалар осмостық белсенді, сыртқы ортаның осмостық қасиеттері өзгергенде олардың көлемі өзгереді.

Моноламеллярлық липосомалар.

Ультрадыбыстың  әсерінен моноламеллярлық везикулалар /20-40 нм./ пайда болады. Моноламеллярлық  липосомаларды көптеген мидико-биологиялық  зерттеулерде қолданады. Бірақ, олардың  кішкентай көлемі мен осмостық пассивтілігімен  байланысты зерттеулерге кедергі жасайды. Қазіргі заманда диаметрі 100 нм. астам  үлкен моноламелярлы липосомаларды  жасау әдістемелер дамыған.

Протеолипосомалар.

Көптеген  мембраналық ақуыздарды жасанды  везикулалық мембраналардың құрамына енгізуге болады. Ондай комбинативті жүйелер протеолипосомалар деп  аталады. Ақуыздарды енгізу тиімділігі мембраналардың липидті құрамынан, рН, тұздық құрамынан, температурадан және т.б. тәуелді. Егер де детергенттер қосылса, ақуыз молекулалардың ену  тиімділігі өседі.

Медицинада  липосомаларды дәрілерді ағзалар  мен тіндерге жеткізу үшін фосфолипидті микрокапсула ретінде қолданады /мысалы, инсулин/.

Жалпақ  биқабатты липидті мембраналар  және олардың қалыптасу схемасы.

Жұқа  гидрофобты материалдардың кішкене  тесіктерінде липидтер биқабатты құрылымдарды /қара пленкаларды/ құрайды. Бұл құбылыс  алғашқы рет О. Мюллермен зерттелген. Ол екі су фазаны шектейтін, ауданы0,5-5,0 мм² тефлондық қалқаның кішкене тесіктерінде мидің фосфолипидтерінен БЛМ алған.

БЛМ қалыптасу процесі сұйық көмірсуларда ерітілген липидті тефлондық  стақанға жағудан басталады /сурет 12/.

Сурет 12. Бимолекулалықлипидтімембраналардыдайындау. (1) шыныстақанға (2) электролит ерітіндініорнатадыжәне (4) тесігі бар тефлондыыдыстыішінемалтырады.

Тесікте БЛМ қалыптастырады /Сурет 13/. Капиллярментесіккефосфолипидтіңкішкенетамшысынорнатады. Фосфолипидтіңмолекулаларыкелесітүрдеорналасады: Полярлықбастар су ортасынақарайды, ал гидрофобтықұйрықтартамшыныңішінетығылады. Біртіндептамшыданерітушікетеді да тамшылипидтіпленкағаайналады.

Сурет 13. БЛМ тефлоныдыстыңқабырғасындапайдаболуы. А - (4) капиллярдыңкөмегімен (3) ыдыстыңқабырғасындағытесікке (5) гептандағы фосфолипид ерітіндісініңтамшысыненгіземіз

 

Пленканыңмінезінанықтайтын  бас күштері - (σ) фазааралық /үстінгі/ тұтқырлықжәневан-дер ваальскүштері.

Алғашқыуақытталипидтіпленканыңқалындығы 100 нм-денжоғарыболады /Сурет 14/.

 

Сурет 14. БЛП құрылукезеңдері (I-қалың мембрана, II - дөңеслинзатүрлі мембрана, III - БЛМ):

Пленканыңжіңішкеруінжәне  БЛМ құрылуыншағылысусәулесіарқылыбайқауғаболады. Алғашқыкезенде, пленка қалынболғанда, олкәдімгімакроденесияқтыкөрінеді. Пленканыңқалындығытүскенжарықтынтолқынұзындығынажақындағанда, сәулелердіңинтерференциясы /Ньютон сақиналары/ пайдаболады. Мембрананыңүстіндетүстіоюларпайдаболады. Биқабаттылипидтіқұрылымдарбоялғантүстеқараболыпкөрінеді, сондықтан, оларқара пленка депаталыпкетті. Ондайпленкалардыңтөменшағылуқабілетікелесіфактпенбайланысты. Пленканыңалдынғыжәнеартынғыжазықтықтарынаншағылғансәулелерқарсыфазадатұрады да, бір-бірінсөндіреді.

Қарайғаннанкейін, 15-20 минут арасындаүстінгітұтқырлықтөмендейді де, БЛМ-ныңэлектріксыйымдылығыкейбірстационарлымәндергежеткеншеөседі /сурет 15/.

Сурет 15. Жалпақ биқабатты липидті мембрананың  құрылуы

БЛП-дың  электрлік сипаттамалары және басқа  физикалық-химиялық қасиеттері биологиялық  мембраналардың қасиеттеріне ұқсас. Бірақ  олардың метаболизмдік белсенділігі өте томен.

Жалпақ  липидті мембраналар, липосомалармен қатар мембраналардың электрлік  қасиеттерін, өткізгіштігін және басқа  қасиеттерін зерттеу үшін қолданады. Модельді мембраналардың көмегімен  баръерлік, селетивтік /су үшін жоғары, ал иондар үшін төмен деңгейдегі өткізгіштік/ қасиеттерін зерттеуге болады. Модельдік  мембранаға тасымалдаушы-молекулаларды  енгізіп, биологиялық тасымалдауды модельдеуге болады.

Мембрананың құрылымының және функцияларының зерттеуі, табыстар мен жетістіктер ең алдымен  модельді эксперименттерден алынған  мәліметтерде негізделеді.