Трансбислойный переход (флип-флоп)

В искусственных липидных мембранах такие переходы осуществляются достаточно медленно, например полупериод перехода молекул холестерина с одной стороны бислоя на другую в липосомах из фосфатидилхолина занимает более 24 ч, однако в принципе такой переход возможен. Даже в присутствии липид переносящих белков перемещение из наружного слоя во внутренний занимает более 4 ч, а в обратную сторону - более 10 ч. Повышение температуры до 80 °С не ускоряет «флип-флопа», но он может быть существенно ускорен в присутствии окисленных липидов, лизолецитина. Как правило, холестерин подвергается более быстрому «флип-флопу»,чем фосфолипиды.

Молекулы липидов не могут преодолеть липипный бислой в поперечном направлении путем простого физического перехода с одной стороны бислоя на другую, если в мембране нет особых ферментов - тракслоказ. Поэтому довольно большую частоту миграции липидов в биологических мембранах с одной стороны на другую связывали с активностью этих ферментов. Однако вероятно, что гетерогенность липидного состава биологических мембран и образование короткоживущих внутренних гексагональных мицелл увеличивает вероятность неферментативного «фпип-флоп»-перехода в природных мембранах. Результаты, полученные с помощью различных физических методов, указывают на возможность образования в природных мембранах гексагональной фазы (вывернутых везикул), в которую вовлекаются молекулы липидов с одной стороны бислоя, а возвращаться они могут в другую. Следует отметить, что «флип-флоп» запускает функционально важные события в мембране. Латеральная и вращательная диффузия липидов также оказывает регулирующее влияние на активность мембранных белков.

Важной для функционального состояния мембранных белков является и колебательная подвижность жирнокислотных «хвостов» отдельных молекул фосфолипидов. Вблизи метильного конца она осуществляется независимо каждой молекулой, по с приближением к полярной головке и возрастанием плотности упаковки подвижность уменьшается.

По своей структурной конфигурации насыщенные жирные кислоты сильно отличаются от ненасыщенных. Насыщенные жирные кислоты могут иметь множество различных конформаций вследствие высокой свободы вращения вокруг одиночных С-С-связей. Энергетически наиболее выгодной является транс-конформация. Ненасыщенны е жирные кислоты имеют жесткую структуру, поскольку вращение вокруг двойных связей невозможно. Они существуют либо в транс-, либо в цис-конфиryрации. Различие между терминами конформация и конфигурация заключается в том, что переход между конформациями осуществляется за счет изменения взаимного расположения между частями молекул без разрыва и образования новых ковалентных связей; переход же между разными конфигурациями требует разрыва ковалентных связей и их замыкания в другом месте. Так, переход между D- и L-стереоконфигурациями аминокислот невозможен без разрыва и замыкания ковалентных связей, а цис-транс-переход между разными конформационными состояниями жирных кислот легко осуществляется по принципу тепловых движений.

Ненасыщенны е жирные кислоты содержат двойные связи почти всегда в цис-конфиryрации (рис. 1.16), транс-ненасыщенные жирные кислоты в природе почти не встречаются. Исключение составляет лишь вакценовая кислота - конфигурационный аналог олеиновой кислоты. Ее температура плавления составляет 44 °С, в то время как олеиновая кислота плавится при температуре 13,5 °С.

Цис-конфигурация двойной связи обусловливает изгиб цепи под Углом около 30°. По этой причине цис-ненасыщенные жирные кислоты с одной двойной связью вызывают локальные возмущения бислоя. При этом длина такой цепи несколько уменьшается, а занимаемый ею объем возрастает. В области локализации двойных цис-связей соседние участки цепи образуют изгибы (так называемая гош-форма).

Повышение температуры среды увеличивает тепловую подвижность жирнокислотных цепей и облегчает возникновение изгибов. Если изгибы, соответствующие гош-конформации,, появляются на близлежащих участках жирнокислотной цепи, эта область может принимать вид петли или полости (кинк). В результате взаимопереходов транс- и гош-конформаций (так называемого транс-гош-перехода) кинки могут «скользить» вдоль цепи, обеспечивая перемещение их содержимого поперек мембраны. Таким образом может осуществляться диффузия захваченной воды через гидрофобный бислой.

При повышении плотности упаковки бислоя конформационная подвижность С-С-связей снижается. В таком бислое подвижность цепей ограничена согласованными колебаниями около точки прикрепления жирнокислотных радикалов к полярной «головке» фосфолипида. В этой ситуации в бислое наиболее предпочтительны две конформации цепи: когда вся цепь находится в транс-конформации или при наличии структуры типа «двойной гош», когда изгибы, возникающие на двух соседних участках цепи вследствие образования гош-конформации, компенсируют друг друга, и вся цепь в целом укорачивается без существенного увеличения площади, приходящейся на одну молекулу.

Поиск по сайту: