Строительным "кирпичиком" мембраны являются фосфолипиды. Вследствие своего строения фосфолипиды амфифильны, поскольку обладают полярной "головой", образованной заряженной группой фосфата (иногда ионизированной группировкой, присоединенной к ней, пример- фосфатидилхолин). Полярной частью молекула хорошо взаимодействует с водной средой. Кроме того, у фосфолипидов имеется довольно длинный неполярный (гидрофобный) "хвост". Хвост образован остатками карбоновых кислот, очень часто- ненасыщенных, содержащих кратную связь примерно в середине цепи. Кратная связь чаще всего находится в цис-конфигурации, поэтому "ножка" не прямая, а как бы изогнутая (см. рис., (а). Если образец фосфолипида размешать в водной среде, образуются так называемые мицеллы (b)построенные так, что полярные головы обращены в водный слой, а неполярные хвосты- внутрь мицеллы. Мицеллы являются формой, через которую происходит усвоение липидов в организме. В определенных условиях можно получить липосомы, состоящие из бислоя липидов и очень напоминающие клетку, только в миниатюре. У липосом имеется внутреннее пространство, практически изолированное от внешней среды вследствие того, что структура липосомы чрезвычайно стабильна. Способность некоторых липидов к "самосборке" в двойные слои является очень важным свойством, имеющим решающую роль в построении клеточных мембран.

В результате физико-химических, биохимических исследований и по результатам электронной микроскопии на сегодняшний день установлено следующее строение клеточных мембран:

Основой мембраны является двойной слой, образованный фосфолипидами. Слои организованы так, что гидрофильные "головы" фосфолипидов ориентированы наружу, а взаимодействие между двумя слоями осуществляется гидрофобными "хвостами" фосфолипидов. Фосфолипиды являются основой мембраны, но не единственными ее участниками. В мембране, кроме того, широко представлены белки, как интегральные (пронизывающие бислой липидов насквозь), так и периферические (прикрепленные к мембране и частично в нее погруженные). Непременным участником мембран является холестерин. Количество холестерина в мембране регулирует ее консистенцию, иными словами- подвижность и проницаемость. Холестеин в мембранах находится в свободном, не этерифицированном виде. Все углеводы в мембранах, напротив, являются связанными (в основном, с белками). В минимальных количествах в мембранах содержатся также триацилглицерины. По консистенции мембрана напоминает растительное масло.
Состав липидов мембран весьма различен. Так, содержание всех липидов может колебаться от 50% (остальное- белок) во внешней митохондриальной мембране, до 24% (остальное- белок) во внутренней митохондриальной мембране. Ниже приведены составы плазматической мембраны и внутренней митохондриальной мембраны клетки печени крысы:

Состав фосфолипидов этих же мембран следующий:

Распределение фосфолипидов между внешним и внутренним слоями мембраны эритроцитов человека:

Если молекулы фосфолипидов способны меняться местами по слою и даже переходить из одного слоя в другой (так называемые flip-flop взаимодействия), то с протеинами этого не происходит. Они связаны с мембраной более-менее статично. Важнейшей функцией любых мембран является транспорт органических и неорганических соединений, который может происходить либо пассивно, либо активно. Активный транспорт подразумевает использование внешней энергии на протекание не всегда термодинамически благоприятной реакции. Состояние мембран имеет решающее значение в жизнеспособности клетки, так как оказывает влияние на активность связанных с ней ферментов, фагоцитоз и рост клетки. Главным фактором, контролирующим подвижность клеточной мембраны у млекопитающих и человека является холестерин. С повышением содержания холестерина бислой липидов становится менее подвижным на внешних поверхностях и более подвижным во внутреннем, гидрофобном слое. В результате некоторых патологий печени, в частности, алкогольного цирроза, наблюдается повышение содержания холестерина в мембранах эритроцитов. Эритроциты очень чувствительны к подвижности своей мембраны, поскольку это является их важной функциональной особенностью. Эритроциты с малоподвижной мембраной плохо переносят кровь по капиллярам, поскольку имеют форму шипов. Такие эритроциты преждевременно разрушаются в селезенке. Целый ряд патологий связан с нарушением транспорта через клеточные мембраны. С другой стороны, нарушение клеточных мембран бактерий используется в терапии некоторых заболеваний (грамицидин А- создает в мембранах поры, проницаемые для целого ряда ионов).

ИСКУССТВЕННЫЕ МЕМБРАННЫЕ СИСТЕМЫ

Интенсивно изучались с целью понимания свойств клеточных мембран. Существуют различные технологии приготовления липосом, как с использованием искусственных фосфолипидов, так и выделенных из натуральных мембран. В зависимости от процедуры возможно получение как униламелярных, так и мультиламелярных (капсула в капсуле) систем, размером от 20 нм до 1 мкм в диаметре. Липосомы могут быть легко модифицированы, как во внутреннем пространстве, так и во внешнем. В связи с этим они являются чрезвычайно удобной модельной системой для изучения функций белков, а также целого ряда других соединений, которые легко могут быть включены в состав липосомы. Как сама клеточная мембрана, так и липосома легко проницаема для молекул воды, но представляет серьезный барьер для ионов Na+, K+, H+. Недиссоциированные карбоновые кислоты и триацилглицерины легко проникают во внутреннюю (гидрофобную) часть бислоя и задерживаются там.
Липосомы используются также для транспортировки лекарственных средств в организме. Главным недостатком при использовании множества лекарств является их неизбирательное действие (на поврежденные патологией и здоровые органы и ткани организма). Назначение лекарств вовнутрь (per os) или внутривенно приводит к его действию на многие органы, а не исключительно на целевой, вызывая тем самым побочные эффекты. Примером является повсеместно наблюдаемое подавление противораковыми препаратами клеток костного мозга. Некоторые лекарства быстро метаболируют и срок их активности является весьма коротким. В таких случаях возможно изготовление липосом, содержащих внутри ферменты, белки или ДНК, и являющиеся формой их доставки в организме. Искусственно приготовленные липосомы нетоксичны и биоразлагаемы. Регулирование поверхностных зарядов липосом позволяет регулировать процессы захвата и освобождения лекарств. Делаются попытки создания липосом, обладающих свойствами целевой доставки включенных в них лекарств, к тем или иным органам или тканям. Было показано, что ряд препаратов (среди них- антибиотики, антинеопластики, антималярийные препарты, фунгициды, противовоспалительные и противовирусные средства) становятся более эффективными при их назначении в составе липосом. В ряде случаев наблюдается удлинение терапевтического эффекта и снижении требуемой дозы. Ведутся исследования по созданию высокоспецифических липосом, с узким избирательным спектром действия, которые позволят доставлять к месту действия даже энзимы.

ВЕРНУТЬСЯ НА НАЧАЛЬНУЮ СТРАНИЦУ

ЛИПИДЫ

© khassanov, MMIII