Биохимия человека Том 2 - Марри Р. 1993

Биохимия внутри- и межклеточных коммуникаций
Мембраны: структура, сборка и функции
Искусственные мембраны

Искусственные мембраны получают с помощью специально разработанных методик. Такие мембранные системы обычно состоят из одного фосфолипида (природного или синтетического) или их смеси. В соответствующих условиях (например, при мягкой обработке ультразвуком) эти Фосфолипиды образуют сферические бислойные везикулы. Везикулы, ограниченные липидным бислоем, называются липосомами.

Class="center">

Рис. 42.8. При самосборке мембраны сохраняется ее принципиальная структура, но не Асимметрия. Мембраны разрушаются при обработке их детергентами в высокой концентрации; амфифильные молекулы детергента образуют маленькие капельки, называемые мицеллами. Детергент растворяет компоненты мембраны, обволакивая гидрофобные участки липидов и белков и заключая их в мицеллы, где они защищены от воды. После удаления детергента Липиды спонтанно образуют новый бислой с интегрированными в него белками. Однако последние включаются в основном в случайной ориентации. Эксперименты, подобные описанному здесь, показали, что все клеточные мембраны не способны к правильной самосборке; по крайней мере некоторые интегральные Белки должны встраиваться в уже готовую мембрану, имеющую определенную ориентацию. (Из работы Lodish Н. F., Rothman J. Е.: The assembly of Cell membranes. Sсi. Am. [Jan] 1979,240, 43, с любезного разрешения.)

Рассмотрим несколько примеров использования искусственных мембранных систем и укажем их преимущества перед природными мембранами.

1. Содержание разных липидов в искусственных мембранах можно варьировать; это позволяет проводить систематическое исследование влияния липидного состава мембран на ту или иную функцию. Например, можно получить везикулы исключительно из фосфатидилхолина или, наоборот, из смеси фосфолипидов известного состава с включением гликолипидов и холестерола. Можно строить мембраны из липидов с разными остатками жирных кислот. Это позволяет провести ситематические исследования влияния жирнокислотного состава на определенные Функции мембран (например, на транспорт).

2. В везикулы можно встраивать очищенные Мембранные белки или Ферменты. Это позволяет выявить, какие молекулы (например, специфические липиды или вспомогательные белки) необходимы для реконструкции функции очищенных белков. Исследования очищенных белков, например Са²⁺- АТРазы саркоплазматического ретикулума, показывает, что в некоторых случаях для реконструкции ионного насоса достаточно одного белка и одного липида.

3. Микроокружение искусственных систем можно жестко контролировать и целенаправленно варьировать (например, изменять концентрацию ионов). Их можно подвергать действию лигандов, специфичных к определенным белковым рецепторам, содержащимся в липосоме.

4. При формировании липосом ими могут захватываться те или иные компоненты, например лекарственные вещества или изолированные гены. Весьма перспективным представляется использование липосом для доставки лекарств к конкретным тканям. Для этого в мембраны липосом необходимо включить компоненты (например, Антитела к определенным молекулам клеточной поверхности), позволяющие адресовать их конкретным тканям или опухолям. Терапевтический эффект такого способа доставки лекарства должен быть весьма значительным. ДНК, заключенная внутри липосом, по-видимому, менее чувствительна к нуклеазам; это следует учитывать при генной терапии.