ЭПР спектрі деп электромагниттік толқынның жұтылу қуатының - магнит индукциясына тәуелділігін( байланысын) айтады.

Берілген дененің атомдары мен молекулалардың өзара байланысы күшті болған сайын олардың спектрлерінің аудандары кең - жуан түрде, ал бөлшектер арасындағы байланысы әлсіз болған сайын олардың спектрлерінің ауданы тар - жіңішке болып келеді:

ЭПР-спектрінің еніне байланысты заттың молекула қозғалғыштығы туралы айтуға болады(2.5.-сурет).

Фосфолипидтердің молекулалары диамагнетикті болғандықтан, биомембрананы ЭПР-мен зерттеуге молекулалар немесе молекулярлық топтар - жұпсыз электрондары бар - спин – зондтар мен спин таңбалау қолданылады.

 

2.5.-сурет. Молекула микротұтқырлығына () байланысты

ЭПР – спектрінің өзгеруі.

 

Парамагнитті спин зондтар Липидті мембранаға енгізіліп электромагнитті толқындарды жұтқан спектрлер - Липидті қоршаған орта туралы, яғни мембранадағы липидті молекулалардың қозғалғыштығы туралы ақпарат береді. Осындай бағалы информация беруімен қатар бұл спин - зондтарды қолданудың елеулі кемшіліктері бар, яғни биологиялық объектіге енгізілген бөтен молекула - зондтар олардың ішкі құрылымын өзгертуі мүмкін, осындай кемшіліктен құтылу үшін ЯМР әдісі қолданылады.

2.6. Ядролық магниттік резонанс – (ЯМР)

Ядролық магниттік резонанс – ЯМР - әдісі бұл құбылыс сыртқы магнит өрісіне енгізілген магниттік моменті бар атом ядросының резонанстық толқын жиілігінде ν_ря электромагниттік толқынның энергиясын жұтуының кенеттен өсуіне негізделген:

(1)

Мұндағы: g_я- Ланде - ядролық көбейткіш - әртүрлі парамагниттік ядролар үшін әртүрлі мәндерге ие болады, Протон үшін g_я =5,58

В – магнит өрісінің индукциясы,

Һ – Планк тұрақтысы

-ядролық магнетон, ол Бор магнетогының бөлігіне ие болады. ядролары магниттік моментке ие болады, ал ядроларының магниттік моменттері жоқ. Биологиялық обьектілерде көптеген - протон ядролары кездесетіндіктен, протонды ядролық ЯМР-зерттеулерінде қолдануға болады ЯМР-де магниттік индукциясы күшті (B=1Tл) магнит өрістері қолданылады, ал айнымалы электромагниттік өрістің жиілігі (5· 10⁷Гц) ЭПР-әдісіне қарағанда кіші болады.

ЭПР сияқты ЯМР-дің спектрлерінің ендері молекуланың қозғалғыштығы азайған және тұтқырлығы көбейген сайын кеңейе береді. Флюоресценттік ЭПР, ЯМР зерттеулері көрсеткендей мембранадағы фосфолипидті молекулалардың қозғалғыштығы салыстырмалы түрде көп, ал тұтқырлығы аз болады. Қалыпты физикалық жағдайда мембрананың липидті бөліктері сұйық агрегаттық күйде болады. Липидтті мембрананың тұтқырлығы күнбағыс майының тұтқырлығына сәйкес келеді η=(30-100)МПа· С, ал 20⁰С температурадағы судың тұтқырлығы η=1МПа· С. Кейбір тәжірибелер көрсеткендей канцерогенез мембрананың липидті фазасының тұтқырлығының кемуімен байланысты, ал мембрана қартайған сайын тұтқырлық көбейеді. Сондықтан спин-зондтардың көмегімен мембрананың микро тұтқырлығын өлшейтін диагностикалық әдістер құрыла бастады.

Мембрананың микротұтқырлығы липидтің құйрықтарында олардың полярлық бастарына қарағанда кем болады. Бұл ЭПР-әдісімен және таңбалы спинді пайдаланып дәлелденген. Спинді таңбалау – фосфолипидті молекуланың әр түрлі жеріне жалғастырылып зерттеледі. Липидті молекуланың жоғарғы қозғалғыштығы – Латеральді дифузияны тудырады.

 

2.6.-сурет. Фосфолипидті молекулаға таңбалы спинді бекітудің екі тәсілі мен олардың ЭПР спектрінің кескіні.

 

Латеральді диффузия дегеніміз - мембрана жазықтығында липидті молекула мен белоктардың тәртіпсіз жылулық орын ауыстыру қозғалысы. Латеральді диффузиясы кезінде қатар тұрған липидті молекулалар секірмелі түрде мембрана бетімен орын ауыстырады. Молекуланың латеральді диффузия арқылы белгілі бір уақыт ішінде орташа квадраттық орын ауыстыруы Эйнштейн теңдеуімен анықталады.

(2)

мұндағы D латеральды диффузия коэффициенті.

S_кв - орташа квадратты орын ауыстыру

Эйнштейн теңдеуімен есептелген липидтер мен белоктар үшін латеральді диффузия коэффиценті

D_лип = 6· 10^-12м² /с; D_б = 6· 10^-14м² /с

Латеральды диффузия кезіндегі молекуланы бір орыннан 2-ші орынға секіру жиілігі

(3)

мұндағы f-мембранадағы бір молекуланың алатын орнының ауданы.

Фосфолипид молекуласы үшін ν=3· 10⁷c^-1, D_лип=6· 10^-12м²/c

f =7· 10^-19м²

Бір секіру уақыты

Әрбір молекула 1сек. ішінде орташа есеппен оншақты миллион рет мембрана жазықтығында орын ауыстырады.

Флип - флоп бұл мембраналық фосфолипид молекулаларының мембрананың көлденең беті бойынша диффузиясы.

Мембрананың бір бетінен екінші бетіне секірмелі түрде тасымалданатын молекула жылдамдығы таңбалы спиндік әдіспен, модельдік липидтік мембранада-липосомда жүргізілген тәжірбиемен анықталды.

Фосфолипидті молекуланың бөлігінен құралған липосомдарға – таңбаланған спин жалғастырылып белгіленді.

Липосомдар - аскорбинді қышқылдың әсерінен молекуласындағы жұпталмаған электрондарды жоғалтып парамагнитті молекулалар – диамагнитті молекулаға айналған. Оны ЭПР спектр қисығының аудандарының кішірейюінен көруге болады. Алдымен липосоманың сыртқы бетіне орналасқан жұпталмаған молекула электрондары нейтралданады – ал бұл жұпталмаған электрондар санының екі есе кемуіне әкелді.

ЭПР әдісі таңбалы спин арқылы липосоманың ішкі жағындағы аскорбинді қышқылдың әсеріне ұшырамайтын электрондар анықталды. ЭПР спектірінің аудандарының кішірейе беруі, жұпталмаған электрондар санының азаюын көрсетеді. Бұл липосомның биқабатты мембрана ішіндегі таңбаланған спин белгілері бар молекуланың флип-флоп секірмелі әдіспен сыртқы бетке өтуімен түсіндіріледі.

ЭПР сигналының интенсивтілігінің жылдамдығының кемуі арқылы таңбаланған молекуланың жартысы 6,5 сағат ішінде флип – флоп әдісіне ұшырайды, яғни сол уақыт ішінде ЭПР қисығының ауданы екі есе кішірейген. Сонымен молекуланың бір биқабаттан екінші биқабатқа секіруі - латералдік диффузияға қарағанда анағұрлым баяу өтеді. Фосфолипид молекулаларының флип-флопқа өтуінің орташа уақыты (Т =1сағ) молекуланың мембрана жазықтығында бір орыннан екінші орынға секіру орташа уақытынан оншақты млрд. есе көп болады.

Мембрана бойымен өте жылдам, мембрананың көлденең беті арқылы жай өтетін молекула диффузиясының арақатынасы мембрананың қызметінде, яғни оның матрицалық функциясында маңызды роль атқарады.

Мембрананың көлденең беті арқылы молекула диффузиясының өте қиындықпен өтуі, оның молекулярлық структурасының реттеліп, анизотропиясы мен асиметриясының, липидті және белоктық молекуласының, белок ферменттердің мембрана жазықтығында бейімделіп орналасуын қамтамасыз етеді. Бұл мембрана арқылы заттардың бағыттылып тасымалдануында маңызды роль атқарады.