критической температурой фазового перехода

Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт фундаментальной биологии и биотехнологий
Кафедра биофизики
Фазовые переходы в
биологических мембранах
Выполнил: Григорьева.В.Л
ББ11-01Б
Проверил: Сутормин.О.
Введение
Состав и строение биологических мембран.

Биологические мембраны состоят из белков и липидов. Углеводы
присутствуют лишь в качестве составных частей сложных белков
(гликопротеинов) и сложных липидов (гликолипидов).

Вода
составляет
20%
от
мембранного
материала,
а
отношение белок/липид в зависимости от вида мембран колеблется от
0,25 до 3,0
Рисунок 1. Схематическое изображение клеточной мембраны



Мембранные липиды могут находиться в нескольких фазовых
состояниях: Кристаллическое и жидкокристаллическое.
Значение температуры, при котором наблюдается фазовый
переход, называется критической температурой фазового
перехода, или разделения фаз.
Фазовый переход приводит к увеличению подвижности
ацильных цепей в бислое, увеличению угла их наклона и
уменьшению
плотности.
Латеральная
подвижность
мембранных белков после фазового перехода возрастает,
увеличивается вероятность образования их ассоциатов.
Рисунок 2. Фазовые переход мембранных липидов
Жидкокристаллическое состояние
Жидкокристаллические структуры:
 Нематическая (нитевидная)
 Смектическая
 Холестическая
Рисунок 4. Расположение молекул в аморфном (а), и жидкокристаллическом
состоянии (б, в, г).
Кристаллическое состояние




Молекулы расположены еще более упорядоченно.
Углеводородные гидрофобные хвосты фосфолипидных молекул в
гель-фазе полностью вытянуты строго параллельно друг другу
(имеют полностью транс-конформацию).
Толщина мембраны в гель-фазе больше
Т. к в кристаллическом состоянии упорядоченность в строении
выше, чем в жидкокристаллическом, то ему соответствует
меньшая энтропия.
Рисунок 4.Изменение структуры мембраны при переходе из жидкокристаллического
состояния в гель-состояние и обратно при изменении температуры.
Приспособления клеточных мембран к
температурным условиям



Плотность упаковки фосфолипидов в липидном каркасе зависит
от того, какие жирные кислоты входят в состав фосфолипидов
При температуре фазового перехода резко увеличивается ионная
проводимость мембраны.
Жирная кислота с длинной цепью обладает более высокой
подвижностью, чем жирная кислота с короткой цепью. С
увеличением длины на группы температура фазового перехода
увеличивается.
Гипотеза петли (кинка).


Наименьшей энергией обладает транс-, а наибольшей - цисконформация.
Гош-конформации гош (+) и гош (−) - это поворот на ±120°
относительно транс – конформации
Рисунок 5. А: 1 - углеводородные цепи полностью в транс-конформации, 2 - в гош-транс-гошконформации, 3 – в цис-транс-гош-конформации; Б: кинк-блоки в углеводородных цепях мембран: 1 - в
одном монослое мембраны; 2 – в двух монослоях липидного бислоя.
Что еще влияет на фазовые переходы

Фазовый переход может быть вызван не только изменением
температуры, но и изменением химического состава окружающей среды.

На плотность упаковки фосфолипидов влияет холестерин –стероид, в
молекуле которого четыре кольца. Холестерин способен встраиваться в
липидный строй. При этом мембрана уплотняется.

Класс мембранных липидов – гликолипиды – играет важную роль в
предотвращении слипания соседних клеток. Эти липиды обеспечивают
отрицательный заряд на поверхности мембраны и способствуют
электростатическому отталкиванию.

Структура фосфолипидов

Разрушение липидов происходит под действием лизолейцина
(двуцепочный фосфолипид превращается в одноцепочный). Реакция
катализируется ферментом – фосфолипазой А2.