Самосборка мембран
Существуют методы выделения клеточных мембран, позволяющие изучать их в упрощенных условиях. Удобным объектом для исследований оказались мембраны эритроцитов. Если эритроциты поместить в гипотонический раствор, они набухают в результате осмотического переноса воды внутрь клетки, мембрана лопается, содержимое выходит в раствор и остаются пустые мембраны — «тени» эритроцитов. Методом центрифугирования в определенных условиях из такой смеси можно выделить чистые мембраны.
- Самосборка.
Если тени эритроцитов поместить в раствор детергента, то мембраны разрушаются; при достаточной концентрации детергента все молекулы мембраны включаются в мицеллы детергента (рис. 7.12). Если теперь каким-либо способом,например диализом, удалить детергент, то компоненты мембран вновь объединяются и образуются мембранные пузырьки.
Процесс самосборки мембран, по существу, мало отличается от самосборки других клеточных структур, таких, как олигомерные белки, микротрубочки, рибосомы и др. И в том и в другом случае молекулы, участвующие в самосборке, имеют такое строение, что минимуму свободной энергии отвечает не произвольное их размещение, а определенное, упорядоченное расположение в соединении друг с другом. Иначе говоря, и информация о структуре, и энергия, необходимая для построения этой структуры, содержатся в самих строительных блоках. Однако физические силы, участвующие в самосборке белковых структур, более разнообразны, чем при самосборке мембран: в последнем случае преобладающее значение имеют гидрофобные взаимодействия между компонентами мембраны и гидрофильные взаимодействия этих компонентов с окружающей водной средой.
Надо отметить, что при самосборке мембран in vitro может утрачиваться поперечная асимметрия (см. рис. 7.12). Асимметричность мембран в живой клетке является результатом компартментализации ферментов и метаболических процессов, которая создается теми же мембранами и, кроме того, специальными механизмами переноса веществ из мест их синтеза в места, где они функционируют.
Процесс, аналогичный описанной выше самосборке мембран, используют для создания искусственных мембранных пузырьков — протеолипосом — с заданным составом. Для этого выбранные липиды и белки растворяют в растворе детергента, а затем детергент удаляют диализом. При этом можно получить и асимметричные мембраны: если белок, имеющий гидрофильную и гидрофобную части, добавить к суспензии уже готовых липосом, то он будет включаться только в наружную поверхность липосомы. Липосомы широко используют для моделирования и изучения свойств мембран. Изучается возможность применения липосом в качестве капсул для введения в организм лекарств. Липосомы, введенные через желудочно-кишечный тракт, попадают в кровь, а затем улавливаются органами (главным образом печенью и селезенкой) и разрушаются в их клетках. Путем подбора мембранных компонентов можно получить липосомы, избирательно задерживающиеся в том или ином органе; с помощью таких липосом можно направить лекарство точно по адресу — в пораженный орган.