Липидный полиморфизм
Полиморфизм в биофизике — это способность липидов агрегировать различными способами, образуя структуры различной формы, известные как «фазы». Это может быть в виде сфер липидных молекул ( мицелл ), пар слоев, обращенных друг к другу (ламеллярная фаза, наблюдаемая в биологических системах как липидный бислой ), трубчатого расположения ( гексагональная ) или различных кубических фаз (Fd 3 m, Im 3 м, Ia 3 м, Pn 3 м и Pm 3 м — открытые к настоящему времени). Также наблюдались более сложные агрегаты, такие как ромбоэдрические , тетрагональные и ромбические фазы.
Он составляет важную часть текущих академических исследований в области мембранной биофизики (полиморфизм), биохимии (биологическое воздействие) и органической химии (синтез).
Определение топологии липидной системы возможно рядом методов, наиболее надежным из которых является рентгеноструктурный анализ . При этом используется луч рентгеновских лучей, которые рассеиваются образцом, создавая дифракционную картину в виде набора колец. Отношение расстояний этих колец от центральной точки указывает, какая фаза(ы) присутствует.
На структурную фазу агрегации влияют соотношение присутствующих липидов, температура, гидратация, давление и ионная сила (и тип).
Шестиугольные фазы
[ редактировать ]При липидном полиморфизме, если коэффициент упаковки [ нужны разъяснения ] Если количество липидов больше или меньше единицы, липидные мембраны могут образовывать две отдельные гексагональные фазы или неламеллярные фазы, в которых образуются длинные трубчатые агрегаты в зависимости от среды, в которую вводится липид.
Шестиугольная I фаза ( HI )
[ редактировать ]Эта фаза предпочтительна в растворах моющего средства в воде и имеет коэффициент упаковки менее единицы. Численность мицеллярной массы в смеси моющего средства и воды не может неограниченно увеличиваться по мере увеличения соотношения моющего средства и воды. В присутствии небольших количеств воды липиды, которые обычно образуют мицеллы, образуют более крупные агрегаты в форме мицеллярных трубочек, чтобы удовлетворить требованиям гидрофобного эффекта. Эти агрегаты можно рассматривать как мицеллы, слитые вместе. В этих трубках полярные головные группы обращены наружу, а гидрофобные углеводородные цепи обращены внутрь. Эта фаза наблюдается только в уникальных, специализированных условиях и, скорее всего, не имеет отношения к биологическим мембранам.
Шестиугольная фаза II (H II )
[ редактировать ]Молекулы липидов в фазе HII упаковываются обратно обратно той упаковке, которая наблюдается в описанной выше гексагональной I фазе. Эта фаза в растворе имеет полярные головные группы внутри и гидрофобные углеводородные хвосты снаружи. Коэффициент упаковки этой фазы больше единицы, [1] что является синонимом упаковки обратного конуса.
Будут формироваться протяженные массивы длинных трубок (как в гексагональной I-фазе), но из-за того, как упаковываются группы полярных головок, трубки принимают форму водных каналов. Эти массивы могут складываться вместе, как каналы. При таком способе упаковки может оставаться ограниченная гидрофобная поверхность, контактирующая с водой снаружи массива. Однако энергетически выгодная упаковка, по-видимому, стабилизирует эту фазу в целом. Также возможно, что внешний монослой липида покрывает поверхность коллекции пробирок, чтобы защитить гидрофобную поверхность от взаимодействия с водной фазой.
Предполагается, что эта фаза образуется липидами в растворе для компенсации гидрофобного эффекта. Плотная упаковка головных групп липидов снижает их контакт с водной фазой. Это, в свою очередь, уменьшает количество упорядоченных, но несвязанных молекул воды. Наиболее распространенные липиды, образующие эту фазу, включают фосфатидилэтаноламин (ПЭ), когда он имеет ненасыщенные углеводородные цепи. Дифосфатидилглицерин (ДПГ, иначе кардиолипин) в присутствии кальция также способен образовывать эту фазу.
Методы обнаружения
[ редактировать ]Существует несколько методов, используемых для определения того, какая фаза присутствует во время возмущений, происходящих с липидом. Эти возмущения включают изменения pH, изменения температуры, изменения давления, изменения объема и т. д.
Наиболее распространенным методом, используемым для изучения присутствия фосфолипидной фазы, является ядерный магнитный резонанс фосфора (31P ЯМР). В этом методе наблюдаются различные и уникальные порошковые дифрактограммы для пластинчатых, гексагональных и изотропных фаз. Другие методы, которые используются и предлагают окончательные доказательства существования пластинчатых и гексагональных фаз, включают электронную микроскопию замораживания-излома, рентгеновскую дифракцию , дифференциальную сканирующую калориметрию (ДСК) и ядерный магнитный резонанс дейтерия (2H ЯМР).
Кроме того, трансмиссионная электронная микроскопия с отрицательным окрашиванием была показана как полезный инструмент для изучения фазового поведения липидного бислоя и полиморфизма в ламеллярную фазу , мицеллярную, одноламеллярную липосому и гексагональные водно-липидные структуры в водных дисперсиях мембранных липидов . [2] Поскольку водорастворимое негативное окрашивание исключено из гидрофобной части (жирных ацильных цепей) липидных агрегатов, части гидрофильных головных групп липидных агрегатов окрашиваются в темный цвет и четко обозначают контуры липидных агрегатов (см. Рисунок).
См. также
[ редактировать ]- Амфифил
- Критическая концентрация мицеллообразования
- Липид
- Фазовое поведение липидного бислоя
- Лиотропный жидкий кристалл
- Мембранные липиды
- Негативное окрашивание
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Стюарт, Марк и Букема, Эгберт. (2007). от мицеллы к везикуле опосредуются параметром упаковки систем фосфолипид-детергент Два различных механизма перехода от везикулы к мицелле и моющие_системы#pf9
- ^ YashRoy RC (1994)Дестабилизация ламеллярной дисперсии липидов тилакоидных мембран сахарозой. Biochimica et Biophysical Acta vol. 1212(1), стр. 129-133. https://www.researchgate.net/publication/15042978_Destabilisation_of_lamellar_dispersion_of_thylakoid_membrane_lipids_by_sucrose?ev=prf_pub
- Дж. М. Седдон, Р. Х. Темплер. Полиморфизм систем липид-вода , из Справочника по биологической физике, Vol. 1, изд. Р. Липовски и Э. Сакманн. (c) 1995, Elsevier Science BV. ISBN 0-444-81975-4
- Йигл, П. (2005). Строение биологических мембран (2-е изд.). США: CRC Press.
- Йигл, П. (1993). Мембраны клеток (2-е изд.). Мичиган: Академическая пресса.
- Геннис, РБ (1989). Биомембраны: молекулярная структура и функции. Мичиган: Спрингер-Верлаг.