Структура и свойства мембранных липидов (стр. 4 из 4)
мол = _2Scd-
Параметр упорядоченности, получаемый с помощью метода 2Н-ЯМР, отражает усредненную ориентацию и мало что говорит о динамике системы и о характере движений.
Особое значение имеет тот факт, что локальное магнитное поле, в котором находится конкретный атом дейтерия, зависит от ориентации С—D-связи по отношению к внешнему магнитному полю. Колебательные и вращательные движения молекулы, которые влияют на ориентацию С—D-связи в бислое в целом, происходят с достаточно большой скоростью, так что любой атом дейтерия воспринимает единое усредненное магнитное окружение. Это окружение зависит от соседних атомов, а также от ограничений движения по типу и амплитуде. В этом отношении метод 2Н-ЯМР отличается от КР- и ИК-спектроскопии, поскольку переходы транс-и гош- совершаются с гораздо меньшей частотой, чем разность частот колебательных полос, отвечающих этим формам. Поэтому ИК- и КР-спектры дают картину, которую можно назвать моментальной фотографией вклада транс- и гош-ротамеров в спектральные параметры. Для измерения параметров упорядоченности применяют и другие методы, в частности спектроскопию ЭПР и флуоресенцентную спектроскопию.
На рис. приведены параметры упорядоченности, определенные по данным 2Н-ЯМР для нескольких селективно дейтерирован-ных фосфолипидов, в которых атом дейтерия включен в определенные метиленовые группы sn-1-пальмитоильного остатка. Исследовались как липидные бислои, так и природные мембраны, находящиеся в жидкокристаллическом состоянии, поскольку в случае фазы геля спектры очень уширяются из-за плотной упаковки липидов и потому с трудом поддаются анализу. Эти данные позволяют сделать два вывода.
1.Параметр упорядоченности довольно постоянен на участке от С-2 и до примерно С-8 или С-10. Метиленовые группы в средней части бислоя значительно более разупорядочены, чем группы вблизи его поверхности.
2.Для синтетических липидов разных типов, включая фосфати-дилхолин, фосфатидилсерин и сфингомиелин, а также для биологических мембран, содержащих дейтерированные зонды, получен одинаковый профиль параметра упорядоченности. Таким образом, характер упорядоченности бислоя мало зависит от химического строения липида и от состава мембраны, если бислой находится в жидкокристаллическом состоянии.
Количественный анализ этих данных можно провести на основе молекулярного моделирования с использованием методов статистической механики. Например, приведенные результаты согласуются с наличием в каждой цепи дипаль-митоилфосфатидилхолина четырех или пяти гош-ротамеров при очень малом содержании кинков. Поскольку каждая цепь закреплена у поверхности бислоя, участок цепи вблизи поверхности наиболее упорядочен. Обратите внимание, что бислой — это высококооперативная система. Ацильная цепь не может изменить свое направление без компенсационных изменений соседних цепей. Поэтому группа смежных сегментов цепи должна двигаться кооперативно. Отклонения ориентации сегментов цепи от нормали к бислою будут усиливаться по мере перехода от поверхности бислоя к его центральной области. Поэтому разупорядочен-ность максимальна в середине бислоя, где подвижность цепей такая же, как в жидком парафине. Данные других методов также показывают, что молекулярная подвижность максимальна в центре бислоя. Но необходимо отметить, что неупорядоченность — это статистический параметр, который ничего не говорит о характере движения. Так, можно иметь сильно неупорядоченную структуру, которая в то же время обладает малой подвижностью.
Дифракция нейтронов
Селективно дейтерированные фосфолипиды можно также исследовать методом дифракции нейтронов. Если рентгеновские лучи рассеиваются на электронах, то нейтроны — на ядрах атомов. Рассеивающие свойства 'Н и 2Н сильно различаются, что позволяет выявлять дейтерированные области по кривой плотности рассеяния. Например, судя по данным дифракции нейтронов, атом С-5 находится на расстоянии 15 А от центра дипальмитоилфосфатидил-холинового бислоя в фазе геля; это соответствует полностью вытянутой транс-конфигурации цепей. Используя D2Oв качестве растворителя, можно определить локализацию воды в фазе геля; полученные данные показывают, что вода проникает до области локализации глицерольных остатков. С помощью рассеяния нейтронов можно определить также локализацию ионов, таких, как Са2+.