Language
Country/Area
No result found
Почему изменение температуры делает клеточную мембрану такой гибкой? Исследуйте текучесть мембраны!
В биологии под текучестью мембраны понимают вязкость липидного бислоя клеточной мембраны или синтетической липидной мембраны. На текучесть клеточных мембран влияет множество факторов, в частности температура и липидный состав. Точно так же, как дождливые дни могут сделать дорогу скользкой, на текучесть клеточных мембран избирательно влияет окружающая среда, особенно изменения температуры, которая имеет решающее значение для поддержания баланса внутри клетки.
Текучесть мембран не только влияет на структуру клеток, но и играет ключевую роль в транспорте и взаимодействии биомолекул.
Исследования показали, что повышение температуры заставляет липиды поглощать тепловую энергию. Эта дополнительная энергия делает липиды более активными в мембране, беспорядочно располагаясь и реорганизуясь, и, следовательно, текучесть мембраны увеличивается. Напротив, при понижении температуры липиды будут располагаться упорядоченно и стабильно и тесно соединяться друг с другом, что приведет к снижению текучести.
В этом процессе насыщение жирными кислотами также играет решающую роль. Насыщенные жирные кислоты не имеют двойных связей в своих углеводородных цепях, что означает, что они могут быть упакованы более плотно вместе, что делает мембрану менее текучей. Ненасыщенные жирные кислоты имеют по крайней мере одну двойную связь. Эта структура заставляет углеводородную цепь «изгибаться», что еще больше увеличивает текучесть мембраны.
По ходу исследования ученые обнаружили, что четыре или более двойных связей демонстрируют прямую положительную корреляцию с текучестью мембраны.
Помимо жирных кислот, добавление холестерина также является ключевым фактором регуляции текучести мембран. Холестерин может стабилизировать структуру мембраны при высоких температурах, но при низких температурах он может вмешиваться между липидами, уплотняя промежутки между ними и предотвращая чрезмерную агрегацию, сохраняя тем самым текучесть.
Факторы, определяющие текучесть мембран
На текучесть мембраны влияют как окружающая среда, так и ее состав. Что касается факторов окружающей среды, то изменения температуры являются наиболее интуитивными. Например, в условиях высокой температуры значительно усиливается активность липидов и значительно увеличивается текучесть мембран. Что касается композиционных факторов, то длина и степень ненасыщенности различных липидов также могут существенно изменять физические свойства мембраны.
Температура плавления пленки (Tm) определяется как температура, при которой пленка переходит из кристаллического состояния в жидкое. Этот переход не является истинным переходом состояний, а является переходом клеточной мембраны между твердым и жидким состояниями. При 37 градусах Цельсия наличие холестерина может сделать структуру мембраны более стабильной и плотной.
Текучесть клеточных мембран не только влияет на внутренние функции, но также регулирует передачу сигналов и транспорт веществ.
Неоднородность физических свойств мембран
В биологических мембранах могут существовать дискретные липидные домены разного состава, причем эти домены отличаются текучестью, что можно наблюдать с помощью флуоресцентной микроскопии. Подобные явления известны как «липидные плоты» в клеточных мембранах, которые, как полагают, играют важную роль в биологических функциях. Например, узкие кольцевидные липидные оболочки, контактирующие с интегральными белками мембраны, менее подвижны, чем большинство липидов в биологических мембранах.
Метод измерения
Текучесть мембраны можно измерить такими методами, как электронный спиновый резонанс, флуоресценция, атомно-силовая микроскопия или спектроскопия ядерного магнитного резонанса дейтерия. Преимуществом каждого из этих методов является их наблюдаемый временной горизонт. Например, в электронном спиновом резонансе поведение спинового зонда используется для описания текучести мембраны, а законы флуоресценции анализируются с помощью установившейся анизотропии зонда.
Биологическое значение
Микроорганизмы часто меняют липидный состав своих клеточных мембран под воздействием теплового стресса, что представляет собой способность активно регулировать текучесть мембран для адаптации к окружающей среде. Свойства потока мембраны влияют на биомолекулярные функции, связанные со структурой мембраны, такие как связывание определенных белков с мембраной и скорость диффузии ферментов. В свою очередь, это также может влиять на важные внутриклеточные процессы, такие как эндоцитоз и передача сигнала.
Эти различные факторы в совокупности будут влиять на работу и адаптируемость клеток, что заставляет нас задаться вопросом, какое влияние оказывает поддержание идеальной текучести мембран на долгосрочное здоровье клеток?
