Мембрана құрылымына қазіргі көзқарас

Физика - химиялық зерттеу әдістерімен алынған нәтижелер бойынша, биологиялық мембрананың жаңа сұйықтық - мозайкалық моделін 1972ж Сингер мен Никельсон ұсынды. Бұл модель бойынша биологиялық мембрананың структуралық негізіне екі қабатты фосфолипидтер жатады. Олар беттік және интегралдық белоктар деп екі топқа бөлінеді.

Физиологиялық жағдайда липидтер сұйықтық - агрегаттық күйде болады. Мұны, яғни мембрананы фосфолипидті «теңізбен», ал ондағы жүзіп жүрген белокты – «айсбергтермен» салыстыруға болады. Сұйықтық – мозайкалық модельдің дұрыс екендігін химиялық сараптауда дәлелдеп, әртүрлі мембраналарда белок пен фосфолипидтердің арақатынасының қатты өзгеретіндігін көрсетті. Мысалы, миелиндік мембранада белоктардың саны липидтерге қарағанда 2,5 есе аз, ал эритроциттерде керісінше липидтерге қарағанда белоктардың саны 2,5 есе көп. Қазіргі модель бойынша белоктармен липидтердің сандарының арақатынасы барлық мембрана үшін бірдей болуы керек. Биологиялық мембрананың барлық беттері белоктармен жабылмағанын ядролық магниттік резонанс әдісі де дәлелдеп берді. Мысалы, мембрана беттерінің ішек таяқшаларының жартысы липидті полярлы бастардан тұрады (2.2.-сурет).

2.2.-сурет. Плазматикалық мембрананың сұйықты-мозайкалық моделі.

Белок пен фосфолипидтен басқа биологиялық мембранада басқа да химиялық қосылыстар бар. Жануарлардың мембраналық клеткаларында холестериннің мөлшері өте көп. Мембранада басқа да заттар гликолипидтер мен гликопротеиндер де бар.

Қазіргі таңда мембрана құрылысының сұйықты - мозайкалық моделі жалпы қабылданған. Барлық басқа да моделдері сияқты бұл модель мембрана құрылысының оңайлатылған түрін сипаттайды. Атап айтқанда белоктық “айсбергтер” ылғи да липидті теңізде еркін жүзе бермейді, олар ішкі цитоплазматикалық клетка құрылысына еніп тоқтайды. Мұндай құрылысқа микрофиломенттер мен микроқұбырлар жатады.

Микроқұбырлар диаметрі 300нм қуыс цилиндр ерекше белоктардан құрылып, клетканың өмір сүруінде негізгі роль атқарады.

Дәлелденгендей мембранадағы липидтердің барлығы да биқабат принципімен орналаспаған. Физикалық зерттеу әдістері, мембрананың липидті фазасының екі қабатты липидті молекуладан тұрмайтын бөліктерінің бар екендігін көрсетті.

Мембрананың күрделі химиялық құрамын ондағы белоктар мен басқа да заттарды анықтап зерттеумен биохимия айналысады.

Биофизиканың негізгі көңіл бөлетіні - мембрананың негізгі структурасы, құрылымы атап айтқанда екі қабатты фосфолипидті молекуланың құрылысы.

Лецитин фосфолипидінің молекуласы полярлы баспен (фосфор қышқылы) ұзын полярсыз құйрықтан (май қышқылының қалдығы) тұрады. Лецитиннің фосфолипидттің молекуласының басында бір–біріне белгілі бір арақашықтықта орналасқан 2 – зарядталған топ болады. Абсолюттік шамасы жағынан бірдей екі әртүрлі заряд электрлік дипольді құрайды.

Мембранада әртүрлі фосфолипидтер кездеседі. Мысалы, эритроциттің мембранасында олардың 20 түрі бар. Молекулалардың полярлық басының химиялық формуласы өзгеріп отырады. Кейбір фосфолипидтердің бастары дипольді моментті құрайтын екі қарама-қарсы зарядтан басқа, молекуланы нейтральды қалдыратын, теңгерілмеген бір теріс зарядты тасымалдайды. Соның нәтижесінде молекула теріс зарядталған болады.

Фосфолипидті молекуланың көмірсутекті құйрықтары шамамен көміртегінің 20 атомдарынан тұрады. Ал құйрықтарында 1-4–ке дейін екі жақты қанықпаған байланысы болады.

Фосфолипидті молекуланың полярлы бастары - гидрофильді, ал полярлы емес құйрықтары - гидрофобты. Сумен араласқан фосфолипидтер термодинамикалық тұрғыдан пайдалы, яғни полярлы бастар полярлы молекуладан тұратын суға батып тұрады, ал олардың полярлы емес ұзын құйрықтары судан алыста орналасуға тырысады. Гидрофильді және гидрофобты бөліктерден тұратын амфифильдік молекулалар, молекуланың басқа да орналасуына қарағанда Гиббс энергиясының ең кіші мәндеріне ие болады.

Ең елеулі жағдай бұл фосфолипидті молекулалар ең ұзын құйрықты болып келеді. Мұндай молекула кеңістікте цилиндірлік формаға ұқсас формаға ие болады. (2.3-сурет)

2.3.-сурет Екі құйрықты фосфолипидті молекуланың схемалық кескіні(а) және осындай молекуладан тұрған биқабатты мембрананың пайда болу схемасы.(б)

Сулы ортадағы фосфолипидтердің молекуласынан өзі жинақталып биқабатты мембрана пайда болады.

Бір құйрығы бар молекула (лизолецитин) кеңістікте конус формалы болып келіп клеткалық мембрананы күйретеді.

2.4.-сурет. Бір құйрықты фосфолипидтің молекуланың (а) және мембранада бір құйрықты молекуладан пайда болатын кеуек схемасы(б).

Бір құйрығынан айырылған фосфолипидті молекулалар биқабатты мембранада кеуекті кеңістік құрайды, бұл кезде мембрананың барьерлік функциясы өзгереді - бұзылады.