Липидный бислой - Lipid bilayer

Эта жидкость липид двухслойное поперечное сечение полностью состоит из фосфатидилхолин.
Фосфолипиды трех основных структур образуются в растворе; то липосома (закрытый бислой), мицелла и бислой.

В липидный бислой (или фосфолипидный бислой) тонкий полярная мембрана состоит из двух слоев липид молекулы. Эти мембраны представляют собой плоские листы, которые образуют непрерывный барьер вокруг всех клетки. В клеточные мембраны почти всех организмы и много вирусы состоят из липидного бислоя, как и ядерная мембрана окружающий ядро клетки, и мембраны из мембраносвязанные органеллы в камере. Липидный бислой - это барьер, удерживающий ионы, белки и другие молекулы там, где они необходимы, и предотвращает их распространение в области, где они не должны быть. Липидные бислои идеально подходят для этой роли, хотя их всего несколько. нанометры по ширине,[1] потому что они непроницаемы для большинства водорастворимых (гидрофильный ) молекул. Бислои особенно непроницаемы для ионов, что позволяет клеткам регулировать концентрацию солей и pH транспортируя ионы через свои мембраны с помощью белков, называемых ионные насосы.

Биологические бислои обычно состоят из амфифильный фосфолипиды которые имеют гидрофильную фосфатную головку и гидрофобный хвост, состоящий из двух цепочек жирных кислот. Фосфолипиды с определенными головными группами могут изменять химический состав поверхности бислоя и могут, например, служить сигналами, а также «якорями» для других молекул в мембранах клеток.[2] Так же, как и головы, хвосты липидов также могут влиять на свойства мембран, например, путем определения фаза бислоя. Двухслойный может принимать твердый гель фазовое состояние при более низких температурах, но фаза перехода к жидкое состояние при более высоких температурах, и химические свойства липидных хвостов влияют на то, при какой температуре это происходит. Упаковка липидов внутри бислоя также влияет на его механические свойства, включая его сопротивление растяжению и изгибу. Многие из этих свойств были изучены с использованием искусственных «модельных» бислоев, созданных в лаборатории. Везикулы Изготовленные с помощью модельных бислоев также используются в клинической практике для доставки лекарств.

Биологические мембраны обычно включают несколько типов молекул, кроме фосфолипидов. Особенно важным примером в клетках животных является холестерин, что способствует укреплению бислоя и снижению его проницаемости. Холестерин также помогает регулировать активность некоторых интегральные мембранные белки. Интегральные мембранные белки функционируют при включении в липидный бислой, и они плотно удерживаются на липидном бислое с помощью кольцевая липидная оболочка. Поскольку бислои определяют границы клетки и ее компартментов, эти мембранные белки участвуют во многих внутри- и межклеточных процессах передачи сигналов. Определенные виды мембранных белков участвуют в процессе слияния двух бислоев. Это слияние позволяет объединить две отдельные структуры, как в акросомная реакция в течение оплодотворение из яйцо по сперма, или запись вирус в камеру. Поскольку липидные бислои хрупки и невидимы в традиционный микроскоп, их сложно изучать. Эксперименты над бислоями часто требуют передовых методов, таких как электронная микроскопия и атомно-силовая микроскопия.

Структура и организация

Когда фосфолипиды подвергаются воздействию воды, они самостоятельно собрать в двухслойный лист с гидрофобными хвостами, направленными к центру листа. Такое расположение приводит к двум «листочкам», каждая из которых представляет собой отдельный молекулярный слой. Центр этого бислоя почти не содержит воды и исключает такие молекулы, как сахара или соли, растворяющиеся в воде. Процесс сборки управляется взаимодействиями между гидрофобными молекулами (также называемыми гидрофобный эффект ). Увеличение взаимодействий между гидрофобными молекулами (вызывающее кластеризацию гидрофобных областей) позволяет молекулам воды более свободно связываться друг с другом, увеличивая энтропию системы. Этот сложный процесс включает нековалентные взаимодействия такие как силы Ван дер Ваальса, электростатический и водородные связи.

Анализ поперечного сечения

Схематический профиль поперечного сечения типичного липидного бислоя. Есть три различных области: полностью гидратированные головные группы, полностью дегидратированное алкановое ядро ​​и короткая промежуточная область с частичной гидратацией. Хотя головные группы нейтральны, они обладают значительными дипольными моментами, которые влияют на расположение молекул.[3]

Липидный бислой очень тонкий по сравнению с его боковыми размерами. Если типичную клетку млекопитающего (диаметр ~ 10 микрометров) увеличить до размера арбуза (~ 1 фут / 30 см), липидный бислой, составляющий плазматическая мембрана будет толщиной с лист офисной бумаги. Несмотря на толщину всего в несколько нанометров, бислой состоит из нескольких различных химических областей в поперечном сечении. Эти регионы и их взаимодействие с окружающей водой в течение последних нескольких десятилетий характеризовались рентгеновская рефлектометрия,[4] рассеяние нейтронов[5] и ядерный магнитный резонанс техники.

Первая область по обе стороны от бислоя - это гидрофильная головная группа. Эта часть мембраны полностью гидратирована и обычно имеет толщину около 0,8-0,9 нм. В фосфолипид двухслойный фосфат группа расположена внутри этой гидратированной области, примерно на 0,5 нм за пределами гидрофобного ядра.[6] В некоторых случаях гидратированная область может простираться намного дальше, например, в липидах с большим количеством белка или длинной сахарной цепью, привитой к голове. Одним из распространенных примеров такой модификации в природе является липополисахарид пальто на бактериальной внешней мембране,[7] что помогает удерживать слой воды вокруг бактерия чтобы предотвратить обезвоживание.

ТЕМ изображение бактерии. Пушистый вид снаружи обусловлен слоем длинноцепочечных сахаров, прикрепленных к клеточной мембране. Это покрытие помогает задерживать воду и предотвращать обезвоживание бактерий.

Рядом с гидратированной областью находится промежуточная область, которая лишь частично гидратирована. Этот пограничный слой имеет толщину примерно 0,3 нм. На этом коротком расстоянии концентрация воды падает с 2M на стороне головной группы до почти нуля на стороне хвоста (сердцевины).[8][9] Гидрофобное ядро ​​бислоя обычно имеет толщину 3-4 нм, но это значение зависит от длины цепи и химического состава.[4][10] Толщина сердцевины также значительно зависит от температуры, в частности, вблизи фазового перехода.[11]

Асимметрия

Во многих встречающихся в природе бислоев состав створок внутренней и внешней мембраны различен. В человеческом красные кровяные клетки внутренний (цитоплазматический) листок состоит в основном из фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин и фосфатидилинозитол и его фосфорилированные производные. Напротив, внешний (внеклеточный) листок основан на фосфатидилхолин, сфингомиелин и различные гликолипиды.[12][13] В некоторых случаях эта асимметрия основана на том, где липиды образуются в клетке, и отражает их первоначальную ориентацию.[14] Биологические функции липидной асимметрии изучены недостаточно, хотя ясно, что она используется в нескольких различных ситуациях. Например, когда клетка подвергается апоптоз, фосфатидилсерин - обычно локализованный в цитоплазматической створке - переносится на внешнюю поверхность: там он распознается макрофаг который затем активно убирает умирающую клетку.

Асимметрия липидов возникает, по крайней мере частично, из-за того факта, что большинство фосфолипидов синтезируются и изначально вставляются во внутренний монослой: те, которые составляют внешний монослой, затем переносятся из внутреннего монослоя с помощью класса ферментов, называемых флиппасы.[15][16] Другие липиды, такие как сфингомиелин, по-видимому, синтезируются во внешней створке. Флиппазы являются членами более крупного семейства молекул транспорта липидов, которое также включает флоппазы, которые переносят липиды в противоположном направлении, и скрамблазы, которые рандомизируют распределение липидов по липидным бислоям (как в апоптотических клетках). В любом случае, как только липидная асимметрия установлена, она обычно не рассеивается быстро, потому что спонтанное переключение липидов между листочками происходит очень медленно.[17]

Эту асимметрию можно имитировать в лабораторных условиях в модельных двухслойных системах. Некоторые виды очень маленьких искусственных везикул автоматически станут слегка асимметричными, хотя механизм, с помощью которого возникает эта асимметрия, сильно отличается от такового в клетках.[18] Используя два разных монослоя в Ленгмюр-Блоджетт отложение[19] или комбинация отложений Ленгмюра-Блоджетт и разрыва везикул[20] также возможно синтезировать асимметричный планарный бислой. Эта асимметрия может быть потеряна со временем, так как липиды в поддерживаемых бислоях могут быть склонны к колебаниям.[21]

Фазы и фазовые переходы

Диаграмма, показывающая влияние ненасыщенных липидов на бислой. Липиды с ненасыщенным хвостом (синий) нарушают упаковку липидов с только насыщенным хвостом (черный). Образовавшийся бислой имеет больше свободного пространства и, как следствие, более проницаем для воды и других небольших молекул.
Дальнейшая информация: Фазовое поведение липидного бислоя

При заданной температуре липидный бислой может существовать либо в жидкой, либо в гелевой (твердой) фазе. Все липиды имеют характерную температуру, при которой они переходят (плавятся) из гелевой фазы в жидкую. В обеих фазах молекулы липидов не могут перемещаться через бислой, но в жидких бислоях данный липид будет обмениваться местами со своим соседом миллионы раз в секунду. Эта случайная прогулка обмен позволяет липиду размытый и таким образом блуждают по поверхности мембраны.[22] В отличие от бислоев жидкой фазы, липиды в бислое гелевой фазы обладают меньшей подвижностью.

Фазовое поведение липидных бислоев во многом определяется силой притяжения Ван дер Ваальс взаимодействия между соседними молекулами липидов. Липиды с более длинными хвостами имеют большую площадь для взаимодействия, что увеличивает силу этого взаимодействия и, как следствие, снижает подвижность липидов. Таким образом, при данной температуре липид с коротким хвостом будет более жидким, чем идентичный липид с длинным хвостом.[10] Температура перехода также может зависеть от степень ненасыщенности липидных хвостов. Ненасыщенный двойная связь может вызвать перегиб в алкан цепи, нарушая упаковку липидов. Это разрушение создает дополнительное свободное пространство внутри бислоя, что обеспечивает дополнительную гибкость соседним цепям.[10] Пример этого эффекта можно отметить в повседневной жизни, когда сливочное масло, которое имеет большой процент насыщенных жиров, является твердым при комнатной температуре, в то время как растительное масло, которое в основном ненасыщенное, является жидким.

Большинство природных мембран представляют собой сложную смесь различных молекул липидов. Если некоторые из компонентов являются жидкими при данной температуре, а другие находятся в гелевой фазе, эти две фазы могут сосуществовать в пространственно разделенных областях, как айсберг, плавающий в океане. Это разделение фаз играет решающую роль в биохимических явлениях, поскольку компоненты мембраны, такие как белки, могут разделяться на ту или иную фазу.[23] и таким образом быть локально сконцентрированным или активированным. Одним из особенно важных компонентов многих смешанных фазовых систем является холестерин, который модулирует проницаемость бислоя, механическую прочность и биохимические взаимодействия.

Химия поверхности

В то время как липидные хвосты в первую очередь модулируют фазовое поведение бислоя, именно головная группа определяет химию поверхности бислоя. Большинство природных бислоев состоят в основном из фосфолипиды, но сфинголипиды и стеролы такие как холестерин также являются важными компонентами.[24] Из фосфолипидов наиболее распространенной головной группой является фосфатидилхолин (PC), что составляет около половины фосфолипидов в большинстве клеток млекопитающих.[25] ПК - это цвиттерионный головная группа, поскольку она имеет отрицательный заряд на фосфатной группе и положительный заряд на амине, но, поскольку эти локальные заряды уравновешивают, нет чистого заряда.

Другие головные группы также присутствуют в разной степени и могут включать фосфатидилсерин (PS) фосфатидилэтаноламин (PE) и фосфатидилглицерин (PG). Эти альтернативные головные группы часто предоставляют определенные биологические функции, которые сильно зависят от контекста. Например, наличие PS на поверхности внеклеточной мембраны эритроциты это маркер ячейки апоптоз,[26] тогда как PS в пластина роста везикулы необходимы для зарождение из гидроксиапатит кристаллы и последующая минерализация костей.[27][28] В отличие от ПК, некоторые другие головные группы несут общий заряд, который может изменять электростатические взаимодействия малых молекул с бислоем.[29]

Биологические роли

Сдерживание и разделение

Основная роль липидного бислоя в биологии заключается в разделении водный отсеков от их окружения. Без какой-либо формы барьера, отделяющего «я» от «не-я», трудно даже определить концепцию организма или жизни. Этот барьер принимает форму липидного бислоя у всех известных форм жизни, за исключением нескольких видов археи которые используют специально адаптированный липидный монослой.[7] Было даже высказано предположение, что самая первая форма жизни могла быть простой липидный пузырек практически со своей единственной биосинтетический возможность производства более фосфолипиды.[30] Способность липидного бислоя к разделению основана на том факте, что гидрофильный молекулы не могут легко пересечь гидрофобный двухслойное ядро, как обсуждается в разделе «Транспорт через бислой» ниже. Ядро, митохондрии и хлоропласты имеют два липидных бислоя, в то время как другие субклеточные структуры окружены одним липидным бислоем (например, плазматическая мембрана, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи и лизосомы). Увидеть Органелла.[31]

Прокариоты имеют только один липидный бислой - клеточная мембрана (также известный как плазматическая мембрана). Многие прокариоты также имеют клеточная стенка, но клеточная стенка состоит из белки или длинная цепочка углеводы, а не липиды. Напротив, эукариоты иметь ряд органеллы в том числе ядро, митохондрии, лизосомы и эндоплазматический ретикулум. Все эти субклеточные компартменты окружены одним или несколькими липидными бислоями и вместе обычно составляют большую часть двухслойной области, присутствующей в клетке. В печени гепатоциты например, плазматическая мембрана составляет только два процента от общей площади бислоя клетки, тогда как эндоплазматический ретикулум содержит более пятидесяти процентов, а митохондрии - еще тридцать процентов.[32]

Иллюстрация сигнального белка GPCR. В ответ на молекулу, такую ​​как гормон привязка к внешнему домену (синий) GPCR изменяет форму и катализирует химическая реакция во внутренней области (красный). Серая особенность - это окружающий бислой.

Сигнализация

Смотрите также: Нейротрансмиссия и Липидный плот

Вероятно, наиболее знакомая форма клеточной сигнализации - это синаптическая передача, в результате чего нервный импульс, достигший конца одного нейрон передается соседнему нейрону через высвобождение нейротрансмиттеры. Эта передача стала возможной благодаря действию синаптические везикулы загружен нейротрансмиттерами, которые нужно высвободить. Эти везикулы предохранитель с клеточной мембраной на пресинаптическом конце и высвободить ее содержимое наружу клетки. Затем содержимое диффундирует через синапс к постсинаптическому окончанию.

Липидные бислои также участвуют в передаче сигналов благодаря своей роли дома для интегральные мембранные белки. Это чрезвычайно широкий и важный класс биомолекул. Подсчитано, что до трети человеческого протеом являются мембранными белками.[33] Некоторые из этих белков связаны с внешней стороной клеточной мембраны. Примером этого является CD59 белок, который идентифицирует клетки как «собственные» и, таким образом, препятствует их разрушению иммунной системой. В ВИЧ вирус уклоняется от иммунная система частично путем трансплантации этих белков с мембраны хозяина на его собственную поверхность.[32] В качестве альтернативы, некоторые мембранные белки проникают через бислой и служат для передачи отдельных сигнальных событий извне внутрь клетки. Самый распространенный класс этого типа белков - это Рецептор, связанный с G-белком (GPCR). GPCR отвечают за большую часть способности клетки ощущать свое окружение, и из-за этой важной роли примерно 40% всех современных лекарств нацелены на GPCR.[34]

Помимо процессов, опосредованных белками и растворами, липидные бислои также могут принимать непосредственное участие в передаче сигналов. Классический пример этого: фосфатидилсерин срабатывает фагоцитоз. В норме фосфатидилсерин асимметрично распределен в клеточной мембране и присутствует только на внутренней стороне. Во время запрограммированной гибели клеток белок, называемый scramblase уравновешивает это распределение, отображая фосфатидилсерин на поверхности внеклеточного бислоя. Затем присутствие фосфатидилсерина запускает фагоцитоз для удаления мертвых или умирающих клеток.

Методы характеризации

Дальнейшая информация: Характеристика липидного бислоя
Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) изображение липидный пузырек. Две темные полосы по краю - это две листочки бислоя. Исторически подобные изображения подтвердили, что клеточная мембрана представляет собой двухслойную

Липидный бислой - очень сложная структура для изучения, потому что она очень тонкая и хрупкая. Несмотря на эти ограничения, за последние семьдесят лет были разработаны десятки методов, позволяющих исследовать его структуру и функции.

Электрические измерения

Электрические измерения - это простой способ охарактеризовать важную функцию бислоя: его способность разделять и предотвращать поток ионов в растворе. Подавая напряжение на бислой и измеряя результирующий ток, сопротивление бислоя. Это сопротивление обычно довольно высокое (108 Ом-см2 или больше) [35] поскольку гидрофобное ядро ​​непроницаемо для заряженных частиц. Наличие даже нескольких отверстий нанометрового размера приводит к резкому увеличению тока.[36] Чувствительность этой системы такова, что даже активность отдельных ионные каналы можно решить.[37]

Флуоресцентная микроскопия

Человеческие эритроциты просматриваются через флуоресцентный микроскоп. В клеточная мембрана окрашен флуоресцентным красителем. Шкала 20 мкм.

Электрические измерения не дают реальной картины, как изображение с помощью микроскопа. Липидные бислои нельзя увидеть в традиционный микроскоп, потому что они слишком тонкие. Чтобы увидеть бислои, исследователи часто используют флуоресцентная микроскопия. Образец возбуждается с помощью одной длины волны света и наблюдается на другой длине волны, так что будут видны только флуоресцентные молекулы с совпадающим профилем возбуждения и излучения. Природные липидные бислои не являются флуоресцентными, поэтому используется краситель, который присоединяется к желаемым молекулам в бислое. Разрешение обычно ограничивается несколькими сотнями нанометров, что намного меньше, чем у типичной клетки, но намного больше, чем толщина липидного бислоя.

Электронная микроскопия

Электронная микроскопия предлагает изображение с более высоким разрешением. В электронный микроскоп, пучок сфокусированных электроны взаимодействует с образцом, а не с лучом света, как в традиционной микроскопии. В сочетании с методами быстрого замораживания электронная микроскопия также использовалась для изучения механизмов меж- и внутриклеточного транспорта, например, для демонстрации того, что экзоцитозный везикулы являются средством выделения химических веществ при синапсы.[38]

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса

31П-ЯМР (ядерный магнитный резонанс) спектроскопия широко используется для исследования бислоев фосфолипидов и биологических мембран в нативных условиях. Анализ[39] из 31P-ЯМР спектры липидов могут предоставить широкий спектр информации об упаковке липидного бислоя, фазовых переходах (гелевая фаза, физиологическая жидкокристаллическая фаза, фазы пульсации, небислойные фазы), ориентации / динамике головной группы липидов и эластических свойствах чистого липида. бислоем и в результате связывания белков и других биомолекул.

Атомно-силовая микроскопия

3D-адаптированный AFM изображения, показывающие образование трансмембранных пор (отверстий) в поддерживаемом липидном бислое[40]
Иллюстрация типичного AFM сканирование поддерживаемого липидного бислоя. Ямки - это дефекты в бислое, обнажающие гладкую поверхность подложки под ним.

Новый метод изучения липидных бислоев - это Атомно-силовая микроскопия (АСМ). Вместо того, чтобы использовать луч света или частицы, очень маленький заостренный наконечник сканирует поверхность, физически контактируя с двухслойным слоем и перемещаясь по нему, как игла проигрывателя. АСМ - многообещающий метод, поскольку он позволяет получать изображения с нанометровым разрешением при комнатной температуре и даже в воде или физиологическом буфере, условиях, необходимых для естественного поведения бислоя. Используя эту возможность, AFM был использован для изучения динамического поведения бислоя, включая образование трансмембранных пор (отверстий).[40] и фазовые переходы в поддерживаемых бислоях.[41] Еще одно преимущество состоит в том, что AFM не требует флуоресцентного или изотопический маркировка липидов, так как кончик зонда механически взаимодействует с двухслойной поверхностью. Из-за этого одно и то же сканирование может отображать как липиды, так и связанные с ними белки, иногда даже с разрешением одной молекулы.[40][42] АСМ может также исследовать механическую природу липидных бислоев.[43]

Двойная поляризационная интерферометрия

Липидные бислои демонстрируют высокий уровень двулучепреломление где показатель преломления в плоскости бислоя отличается от перпендикуляра на 0,1 показатель преломления единицы. Это было использовано для характеристики степени упорядоченности и разрушения бислоев с использованием двойная поляризационная интерферометрия понять механизмы взаимодействия белков.

Квантово-химические расчеты

Липидные бислои представляют собой сложные молекулярные системы со многими степенями свободы. Таким образом, атомистическое моделирование мембраны и в частности ab initio расчет его свойств сложен и требует больших вычислительных ресурсов. Квантово-химические расчеты недавно были успешно выполнены для оценки диполь и квадруполь моменты липидных мембран.[44]

Транспорт через двухслойный

Пассивная диффузия

Наиболее полярный молекулы обладают низкой растворимостью в углеводород сердцевина липидного бислоя и, как следствие, имеют низкие коэффициенты проницаемости через бислой. Этот эффект особенно выражен для заряженных частиц, которые имеют даже более низкие коэффициенты проницаемости, чем нейтральные полярные молекулы.[45] Анионы обычно имеют более высокую скорость диффузии через бислои, чем катионы.[46][47] По сравнению с ионами, молекулы воды на самом деле обладают относительно большой проницаемостью через бислой, о чем свидетельствует осмотическое набухание. Когда клетка или везикула с высокой внутренней концентрацией соли помещается в раствор с низкой концентрацией соли, она набухает и в конечном итоге лопается. Такой результат не наблюдался бы, если бы вода не могла относительно легко проходить через бислой. Аномально большая проницаемость воды через бислои до сих пор полностью не изучена и продолжает оставаться предметом активных дискуссий.[48] Небольшие незаряженные аполярные молекулы диффундируют через липидные бислои на много порядков быстрее, чем ионы или вода. Это касается как жиров, так и органических растворителей, таких как хлороформ и эфир. Независимо от их полярного характера более крупные молекулы медленнее диффундируют через липидные бислои, чем небольшие молекулы.[49]

Структура ионного канала калия. В альфа спирали проникают в бислой (границы обозначены красными и синими линиями), открывая отверстие, через которое могут проходить ионы калия

Ионные насосы и каналы

Два особых класса белков имеют дело с ионными градиентами, обнаруживаемыми в клеточных и субклеточных мембранах в природе: ионные каналы и ионные насосы. И насосы, и каналы интегральные мембранные белки которые проходят через бислой, но их роли совершенно разные. Ионные насосы - это белки, которые создают и поддерживают химические градиенты, используя внешний источник энергии для перемещения ионов против градиента концентрации в область более высокого химический потенциал. Источником энергии может быть АТФ, как и в случае Na+-K+ АТФаза. В качестве альтернативы, источником энергии может быть другой уже существующий химический градиент, как в Ca2+/ Na+ антипортер. Именно благодаря действию ионных насосов клетки могут регулировать pH через накачка протонов.

В отличие от ионных насосов, ионные каналы не создают химические градиенты, а скорее рассеивают их для выполнения работы или отправки сигнала. Вероятно, наиболее знакомым и наиболее изученным примером является потенциалзависимый Na+ канал, что позволяет проводить потенциал действия вместе нейроны. Все ионные насосы имеют триггерный или «стробирующий» механизм. В предыдущем примере это было электрическое смещение, но другие каналы могут быть активированы путем связывания молекулярного агониста или посредством конформационного изменения в другом близлежащем белке.[50]

Схематическое изображение пиноцитоза, разновидности эндоцитоза

Эндоцитоз и экзоцитоз

Смотрите также: Эндоцитоз и Экзоцитоз

Некоторые молекулы или частицы слишком велики или слишком гидрофильны для прохождения через липидный бислой. Другие молекулы могут проходить через бислой, но должны транспортироваться быстро в таких больших количествах, что транспорт канального типа нецелесообразен. В обоих случаях грузы этого типа могут перемещаться через клеточную мембрану через слияние или зарождение пузырьки. Когда везикула образуется внутри клетки и сливается с плазматической мембраной, чтобы высвободить ее содержимое во внеклеточное пространство, этот процесс известен как экзоцитоз. В обратном процессе участок клеточной мембраны будет углубляться внутрь и в конечном итоге отщепляться, заключая в себя часть внеклеточной жидкости для транспортировки ее в клетку. Эндоцитоз и экзоцитоз зависят от очень разных молекулярных механизмов, но эти два процесса тесно связаны и не могут работать друг без друга. Первичный механизм этой взаимозависимости - это большое количество липидного материала.[51] В типичной клетке область бислоя, эквивалентная всей плазматической мембране, проходит цикл эндоцитоза / экзоцитоза примерно за полчаса.[52] Если бы эти два процесса не уравновешивали друг друга, клетка либо раздувалась бы до неуправляемого размера, либо полностью истощала свою плазматическую мембрану за короткое время.

Экзоцитоз везикул наружной мембраны (МВ), высвобожденных из раздутых периплазматических карманов (р) на поверхности человека Сальмонелла 3,10: r: - патогены стыкуются с плазматической мембраной клеток макрофагов (M) в подвздошной кишке цыпленка, для передачи сигналов патоген-хозяин in vivo.

Экзоцитоз у прокариот: Мембрана везикулярная экзоцитоз, широко известный как перемещение мембранных пузырьков, процесс, получивший Нобелевскую премию (2013 год), традиционно считается прерогативой эукариотический клетки.[53] Эта миф однако был нарушен открытием, что нанопузырьки, широко известные как бактериальные везикулы наружной мембраны, выпущено грамотрицательный микробы, перемещают бактериальные сигнальные молекулы в клетки-хозяева или клетки-мишени[54] для выполнения нескольких процессов в пользу секретирующего микроба, например, в инвазия клетки-хозяина[55] и взаимодействие микробов с окружающей средой в целом.[56]

Электропорация

Дальнейшая информация: Электропорация

Электропорация - это быстрое увеличение проницаемости бислоя, вызванное приложением большого искусственного электрического поля через мембрану. Экспериментально электропорация используется для введения гидрофильных молекул в клетки. Это особенно полезный метод для больших молекул с высоким зарядом, таких как ДНК, которые никогда не будут пассивно диффундировать через гидрофобное двухслойное ядро.[57] В связи с этим электропорация является одним из ключевых методов трансфекция а также бактериальный трансформация. Было даже высказано предположение, что электропорация в результате молния удары могли быть механизмом естественного горизонтальный перенос генов.[58]

Это увеличение проницаемости в первую очередь влияет на транспорт ионов и других гидратированных частиц, указывая на то, что механизм заключается в создании в мембране заполненных водой отверстий нанометрового размера. Хотя электропорация и пробой диэлектрика оба являются результатом приложения электрического поля, при этом задействованные механизмы принципиально разные. При пробое диэлектрика материал барьера ионизируется, создавая проводящий путь. Таким образом, изменение материала носит химический характер. Напротив, во время электропорации молекулы липидов не изменяются химически, а просто меняют положение, открывая поры, которые действуют как проводящий путь через бислой, поскольку он заполнен водой.

Механика

Дальнейшая информация: Механика липидного бислоя
Схема, показывающая две возможные конформации липидов на краю поры. На верхнем изображении липиды не перегруппировались, поэтому стенка поры гидрофобна. На нижнем изображении некоторые из липидных головок наклонены, поэтому стенка поры гидрофильна.

Липидные бислои - это достаточно большие структуры, которые обладают некоторыми механическими свойствами жидкостей или твердых тел. Модуль сжатия площади Kа, модуль изгиба Kб, и энергия края , можно использовать для их описания. Твердые липидные бислои также имеют модуль сдвига, но, как и любая жидкость, модуль сдвига для жидких бислоев равен нулю. Эти механические свойства влияют на работу мембраны. Kа и Kб влияют на способность белков и небольших молекул вставляться в бислой,[59][60] и двухслойные механические свойства, как было показано, изменяют функцию механически активированных ионных каналов.[61] Двухслойные механические свойства также определяют, какие типы нагрузок может выдержать клетка без разрыва. Хотя липидные бислои легко сгибаются, большинство из них не может растянуться более чем на несколько процентов до разрыва.[62]

Как обсуждалось в разделе «Структура и организация», гидрофобное притяжение липидных хвостов в воде является основной силой, удерживающей липидные бислои вместе. Таким образом, модуль упругости бислоя в первую очередь определяется тем, какая дополнительная площадь подвергается воздействию воды, когда молекулы липидов растягиваются.[63] При таком понимании задействованных сил неудивительно, что исследования показали, что Kа сильно варьируется в зависимости от осмотическое давление[64] но слабо с длиной хвоста и ненасыщенностью.[10] Поскольку задействованные силы настолько малы, экспериментально определить Kа. Большинство методов требует сложной микроскопии и очень чувствительного измерительного оборудования.[43][65]

В отличие от Kа, который является мерой того, сколько энергии необходимо для растяжения бислоя, Kб это мера того, сколько энергии необходимо, чтобы согнуть или согнуть бислой. Формально модуль изгиба определяется как энергия, необходимая для деформации мембраны от ее собственной кривизны до некоторой другой кривизны. Собственная кривизна определяется отношением диаметра головной группы к диаметру хвостовой группы. Для двусторонних липидов ПК это отношение почти равно единице, так что собственная кривизна почти равна нулю. Если конкретный липид имеет слишком большое отклонение от нулевой внутренней кривизны, он не будет образовывать бислой, а вместо этого будет образовывать другие фазы, такие как мицеллы или инвертированные мицеллы. Добавление небольшие гидрофильные молекулы любить сахароза в смешанный липид пластинчатые липосомы изготовлен из богатых галактолипидами тилакоидных мембран, дестабилизирует бислои в мицеллярный фаза.[66] Обычно Kб не измеряется экспериментально, а рассчитывается на основе измерений Kа и толщина бислоя, поскольку эти три параметра связаны.

это мера того, сколько энергии требуется, чтобы подвергнуть край двухслойного слоя воде, разорвав его или создав в нем отверстие. Происхождение этой энергии заключается в том, что создание такой границы раздела приводит к попаданию воды в некоторые липидные хвосты, но точная ориентация этих пограничных липидов неизвестна. Есть некоторые свидетельства того, что как гидрофобные (прямые хвосты), так и гидрофильные (изогнутые вокруг головы) поры могут сосуществовать.[67]

Fusion

Смотрите также: Липидный бислой слияния и Межслойные силы при слиянии мембран
Иллюстрация слияния липидных пузырьков, показывающая два возможных результата: гемифузия и полное слияние. При гемифузии смешиваются только внешние двухслойные листочки. При полном слиянии как листочки, так и внутреннее содержимое смешиваются.

Fusion это процесс, при котором два липидных бислоя сливаются, в результате чего образуется одна связанная структура. Если это слияние полностью проходит через обе створки обоих бислоев, образуется заполненный водой мостик, и растворы, содержащиеся в бислое, могут смешиваться. Альтернативно, если только одна листочка из каждого бислоя участвует в процессе слияния, говорят, что бислои гемифузированы. Слияние участвует во многих клеточных процессах, в частности в эукариоты, так как эукариотическая клетка широко разделена липидными двухслойными мембранами. Экзоцитоз, оплодотворение из яйцо от активация спермы, и транспортировку отходов на лизозом - это лишь некоторые из многих эукариотических процессов, основанных на той или иной форме слияния. Даже проникновение болезнетворных микроорганизмов можно регулировать с помощью слияния, так как многие из них имеют двухслойное покрытие. вирусы имеют специальные слитые белки для проникновения в хозяйскую клетку.

Процесс слияния состоит из четырех основных этапов.[25] Во-первых, задействованные мембраны должны агрегироваться, приближаясь друг к другу с точностью до нескольких нанометров. Во-вторых, два бислоя должны войти в очень тесный контакт (в пределах нескольких ангстрем). Чтобы достичь этого тесного контакта, две поверхности должны стать, по крайней мере, частично обезвоженными, поскольку связанная поверхностная вода, обычно присутствующая на поверхности, вызывает сильное отталкивание двух слоев. Присутствие ионов, в частности двухвалентных катионов, таких как магний и кальций, сильно влияет на этот этап.[68][69] Одна из важнейших ролей кальция в организме - регулирование слияния мембран. В-третьих, дестабилизация должна формироваться в одной точке между двумя бислоями, локально искажая их структуры. Точная природа этого искажения неизвестна. Одна из теорий заключается в том, что между двумя бислоями должен образовываться сильно изогнутый «стержень».[70] Сторонники этой теории считают, что она объясняет, почему фосфатидилэтаноламин, сильно изогнутый липид, способствует слиянию.[71] Наконец, на последнем этапе слияния этот точечный дефект растет, и компоненты двух бислоев смешиваются и диффундируют вдали от места контакта.

Схематическое изображение процесса слияния через образование стебля.
Схема действия белков SNARE, стыкующих везикулу для экзоцитоза. Дополнительные версии белка на везикуле и целевой мембране связываются и обвиваются вокруг друг друга, сближая в процессе два бислоя.[72]

Ситуация еще более усложняется при рассмотрении слияния in vivo поскольку биологическое слияние почти всегда регулируется действием мембранные белки. Первыми из этих белков, которые были изучены, были вирусные слитые белки, которые позволяют вирус для вставки своего генетического материала в клетку-хозяина (вирусы с оболочкой - это вирусы, окруженные липидным бислоем; у некоторых других есть только белковая оболочка). Эукариотический клетки также используют слитые белки, наиболее изученными из которых являются SNAREs. Белки SNARE используются для управления всеми везикулярный внутриклеточный трафик. Несмотря на годы исследований, многое еще неизвестно о функции этого класса белков. Фактически, до сих пор ведутся активные дебаты относительно того, связаны ли SNAREs с ранней стыковкой или участвуют позже в процессе слияния, облегчая гемифузию.[73]

При изучении молекулярной и клеточной биологии часто желательно искусственно вызвать слияние. Добавление полиэтиленгликоль (ПЭГ) вызывает слияние без значительной агрегации или биохимического нарушения. Эта процедура сейчас широко используется, например, путем сплавления В-клетки с участием миелома клетки.[74] Результирующий "гибридома »Из этой комбинации выражает желаемое антитело как определено вовлеченными В-клетками, но увековечивается из-за компонента меланомы. Слияние также может быть искусственно вызвано электропорация в процессе, известном как электросварка. Считается, что это явление связано с энергетически активные края формируется во время электропорации, которая может действовать как локальная точка дефекта для зарождения стебля между двумя бислоями.[75]

Модельные системы

Дальнейшая информация: Модельные липидные бислои

Липидные бислои могут быть созданы искусственно в лаборатории, чтобы исследователи могли проводить эксперименты, которые невозможно провести с естественными бислоями. Их также можно использовать в области Синтетическая биология, чтобы определить границы искусственные клетки. Эти синтетические системы называются модельными липидными бислоями. Существует много различных типов модельных бислоев, каждый из которых имеет экспериментальные преимущества и недостатки. Они могут быть изготовлены из синтетических или натуральных липидов. Среди наиболее распространенных модельных систем:

Коммерческие приложения

На сегодняшний день наиболее успешным коммерческим применением липидных бислоев было использование липосомы для доставки лекарств, особенно для лечения рака. (Обратите внимание: термин «липосома» по сути является синонимом «везикул «За исключением того, что везикула является общим термином для структуры, тогда как липосома означает только искусственные, а не естественные везикулы). Основная идея липосомальной доставки лекарственного средства заключается в том, что лекарство инкапсулируется в растворе внутри липосомы, а затем вводится пациенту. Эти нагруженные лекарством липосомы путешествуют по системе, пока не связываются в целевом участке и не разрываются, высвобождая лекарство. Теоретически липосомы должны быть идеальной системой доставки лекарств, поскольку они могут изолировать практически любое гидрофильное лекарство, могут быть привиты молекулами к определенным тканям и могут быть относительно нетоксичными, поскольку в организме есть биохимические пути для унижающий достоинство липиды.[76]

Первое поколение липосом для доставки лекарств имело простой липидный состав и имело несколько ограничений. Циркуляция в кровотоке была чрезвычайно ограничена из-за обоих почечный очистка и фагоцитоз. Уточнение липидного состава для регулирования текучести, плотности поверхностного заряда и поверхностной гидратации привело к образованию пузырьков, которые адсорбируют меньше белков из сыворотка и поэтому менее легко распознаются иммунная система.[77] Наиболее значительным достижением в этой области стало прививание полиэтиленгликоль (ПЭГ) на поверхность липосом для образования «невидимых» везикул, которые циркулируют в течение длительного времени без иммунного или почечного очищения.[78]

Первые скрытые липосомы были пассивно нацелены на опухоль ткани. Поскольку опухоли вызывают быстрое и неконтролируемое ангиогенез они особенно «дырявые» и позволяют липосомам выходить из кровотока с гораздо большей скоростью, чем нормальные ткани.[79] В последнее время[когда? ] была проведена работа по прививке антитела или другие молекулярные маркеры на поверхности липосом в надежде на активное связывание их с конкретным типом клетки или ткани.[80] Некоторые примеры этого подхода уже проходят клинические испытания.[81]

Еще одно возможное применение липидных бислоев - это область биосенсоры. Поскольку липидный бислой является барьером между внутренней и внешней частью клетки, он также является местом обширной передачи сигнала. На протяжении многих лет исследователи пытались использовать этот потенциал для разработки двухслойного устройства для клинической диагностики или обнаружения биотерроризма. Прогресс в этой области был медленным, и, хотя несколько компаний разработали автоматизированные системы обнаружения на основе липидов, они по-прежнему ориентированы на исследовательское сообщество. К ним относятся Biacore (теперь GE Healthcare Life Sciences), которая предлагает одноразовый чип для использования липидных бислоев в исследованиях кинетики связывания.[82] и Nanion Inc., которая разработала автоматический зажим заплат система.[83] Также рассматриваются другие, более экзотические области применения, такие как использование пор липидных двухслойных мембран для Секвенирование ДНК компании Oxford Nanolabs. На сегодняшний день эта технология не оказалась коммерчески жизнеспособной.

Поддерживаемый липидный бислой (SLB), как описано выше, достиг коммерческого успеха в качестве метода скрининга для измерения проницаемости лекарственных средств. Эта ппараллельно аискусственный мграница ппроницаемость ассай ПАМПА Методика измерения проницаемости для специально разработанных липидных коктейлей, которые, как было установлено, сильно коррелируют с Како-2 культуры,[84][85] то желудочно-кишечный тракт,[86] гематоэнцефалический барьер[87] и кожа.[88]

История

Дальнейшая информация: История теории клеточных мембран

К началу двадцатого века ученые пришли к выводу, что клетки окружены тонким масляным барьером,[89] но структурная природа этой мембраны не была известна. Два эксперимента 1925 года заложили основу для восполнения этого пробела. Измеряя емкость из эритроцит растворов Хьюго Фрике определил, что толщина клеточной мембраны составляет 3,3 нм.[90]

Хотя результаты этого эксперимента были точными, Фрике неверно истолковал данные, означая, что клеточная мембрана представляет собой единый молекулярный слой. Проф. Д-р Эверт Гортер[91] (1881–1954) и Ф. Грендель из Лейденского университета подошли к проблеме с другой точки зрения, распространив липиды эритроцитов в виде монослоя на Желоб Ленгмюра-Блоджетт. Когда они сравнили площадь монослоя с площадью поверхности клеток, они обнаружили соотношение два к одному.[92] Более поздние анализы показали несколько ошибок и неверных предположений в этом эксперименте, но, по счастливой случайности, эти ошибки нивелировались, и из этих ошибочных данных Гортер и Грендель сделали правильный вывод - что клеточная мембрана представляет собой липидный бислой.[25]

Эта теория была подтверждена с помощью электронная микроскопия в конце 1950-х гг. Хотя он не опубликовал первое электронно-микроскопическое исследование липидных бислоев.[93] Дж. Дэвид Робертсон был первым, кто утверждал, что две темные электронно-плотные полосы были головными группами и ассоциированными белками двух сопряженных липидных монослоев.[94][95] В этой работе Робертсон выдвинул концепцию «единичной мембраны». Это был первый случай, когда двухслойная структура была универсально приписана всем клеточным мембранам, а также органелла мембраны.

Примерно в то же время разработка модельных мембран подтвердила, что липидный бислой представляет собой стабильную структуру, которая может существовать независимо от белков. «Окрашивая» раствор липида в органическом растворителе через отверстие, Мюллер и Рудин смогли создать искусственный бислой и определить, что он проявляет боковую текучесть, высокое электрическое сопротивление и самовосстановление в ответ на прокол.[96] все это свойства естественной клеточной мембраны. Несколькими годами позже, Алек Бэнгэм показали, что бислои в форме липидных везикул также могут быть сформированы простым воздействием воды на высушенный липидный образец.[97] Это было важным достижением, поскольку оно продемонстрировало, что липидные бислои образуются спонтанно через самостоятельная сборка и не требует узорной структуры поддержки.

В 1977 году Кунитаке и Окахата изготовили полностью синтетическую двухслойную мембрану из одного органического соединения - дидодецилдиметиламмонийбромида.[98] На нем четко видно, что двухслойная мембрана была собрана взаимодействие Ван-дер-Ваальса.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Андерсен, Олаф С .; Коппе, II, Роджер Э. (июнь 2007 г.). «Толщина бислоя и функция мембранного белка: энергетическая перспектива». Ежегодный обзор биофизики и структуры биомолекул. 36 (1): 107–130. Дои:10.1146 / annurev.biophys.36.040306.132643. PMID  17263662.
  2. ^ Дивеча, Нуллин; Ирвин, Робин Ф (27 января 1995 г.). «Сигнализация фосфолипидов». Ячейка. 80 (2): 269–278. Дои:10.1016/0092-8674(95)90409-3. PMID  7834746.
  3. ^ Машаги и др. Гидратация сильно влияет на молекулярную и электронную структуру мембранных фосфолипидов. 136, 114709 (2012)"Журнал химической физики". Архивировано из оригинал 15 мая 2016 г.. Получено 17 мая 2012.
  4. ^ а б Льюис Б.А., Энгельман Д.М. (май 1983 г.). «Толщина липидного бислоя линейно зависит от длины ацильной цепи в жидких фосфатидилхолиновых везикулах». J. Mol. Биол. 166 (2): 211–7. Дои:10.1016 / S0022-2836 (83) 80007-2. PMID  6854644.
  5. ^ Zaccai G, Blasie JK, Schoenborn BP (январь 1975 г.). «Нейтронографические исследования расположения воды в двухслойных модельных мембранах лецитина». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 72 (1): 376–380. Bibcode:1975ПНАС ... 72..376Z. Дои:10.1073 / pnas.72.1.376. ЧВК  432308. PMID  16592215.
  6. ^ Нэгл Дж. Ф., Тристрам-Нэгл С. (ноябрь 2000 г.). «Структура липидных бислоев». Биохим. Биофиз. Acta. 1469 (3): 159–95. Дои:10.1016 / S0304-4157 (00) 00016-2. ЧВК  2747654. PMID  11063882.
  7. ^ а б Паркер Дж, Мэдиган М.Т., Брок Т.Д., Мартинко Дж.М. (2003). Брок биология микроорганизмов (10-е изд.). Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Prentice Hall. ISBN  978-0-13-049147-3.
  8. ^ Марш Д. (июль 2001 г.). «Профили полярности и проницаемости в липидных мембранах». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 98 (14): 7777–82. Bibcode:2001ПНАС ... 98.7777М. Дои:10.1073 / pnas.131023798. ЧВК  35418. PMID  11438731.
  9. ^ Марш Д. (декабрь 2002 г.). «Мембранные профили водопроницаемости от центробежных этикеток». Евро. Биофиз. J. 31 (7): 559–62. Дои:10.1007 / s00249-002-0245-z. PMID  12602343.
  10. ^ а б c d Равич В., Ольбрих К.С., Макинтош Т., Нидхэм Д., Эванс Э. (июль 2000 г.). «Влияние длины цепи и ненасыщенности на эластичность липидных бислоев». Биофиз. J. 79 (1): 328–39. Bibcode:2000BpJ .... 79..328R. Дои:10.1016 / S0006-3495 (00) 76295-3. ЧВК  1300937. PMID  10866959.
  11. ^ Траубле Х., Хейнс Д.Х. (1971). «Изменение объема липидных двухслойных ламелей при фазовом переходе кристалл-жидкость-кристалл». Chem. Phys. Липиды. 7 (4): 324–35. Дои:10.1016/0009-3084(71)90010-7.
  12. ^ Бретчер М.С. (1 марта 1972 г.). «Асимметричная структура липидного бислоя для биологических мембран». Природа Новая Биология. 236 (61): 11–12. Дои:10.1038 / newbio236011a0. PMID  4502419.
  13. ^ Verkleij AJ, Zwaal RF, Roelofsen B, Comfurius P, Kastelijn D, van Deenen LL (октябрь 1973). «Асимметричное распределение фосфолипидов в мембране эритроцитов человека. Комбинированное исследование с использованием фосфолипаз и электронной микроскопии с замораживанием и травлением». Биохим. Биофиз. Acta. 323 (2): 178–93. Дои:10.1016/0005-2736(73)90143-0. PMID  4356540.
  14. ^ Белл Р.М., Баллас Л.М., Коулман Р.А. (1 марта 1981 г.). «Липидный топогенез». J. Lipid Res. 22 (3): 391–403. PMID  7017050.
  15. ^ Бретчер М.С. (август 1973 г.). «Структура мембраны: некоторые общие принципы». Наука. 181 (4100): 622–629. Bibcode:1973Sci ... 181..622B. Дои:10.1126 / science.181.4100.622. PMID  4724478.
  16. ^ Ротман Дж. Э., Кеннеди EP (май 1977 г.). «Быстрое трансмембранное движение вновь синтезированных фосфолипидов во время сборки мембраны». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 74 (5): 1821–5. Bibcode:1977ПНАС ... 74.1821R. Дои:10.1073 / пнас.74.5.1821. ЧВК  431015. PMID  405668.
  17. ^ Корнберг Р. Д., МакКоннелл Н. М. (март 1971 г.). «Переходы изнутри-наружу фосфолипидов в мембраны везикул». Биохимия. 10 (7): 1111–20. Дои:10.1021 / bi00783a003. PMID  4324203.
  18. ^ Литман Б.Дж. (июль 1974 г.). «Определение молекулярной асимметрии в поверхностном распределении фосфатидилэтаноламина в смешанных фосфолипидных везикулах». Биохимия. 13 (14): 2844–8. Дои:10.1021 / bi00711a010. PMID  4407872.
  19. ^ Крейн Дж. М., Кисслинг В., Тамм Л. К. (февраль 2005 г.). «Измерение липидной асимметрии в плоских поддерживаемых бислоев с помощью флуоресцентной интерференционной контрастной микроскопии». Langmuir. 21 (4): 1377–88. Дои:10.1021 / la047654w. PMID  15697284.
  20. ^ Кальб Э., Фрей С., Тамм Л.К. (январь 1992 г.). «Формирование поддерживаемых плоских бислоев путем слияния везикул с поддерживаемыми монослоями фосфолипидов». Биохим. Биофиз. Acta. 1103 (2): 307–16. Дои:10.1016 / 0005-2736 (92) 90101-Q. PMID  1311950.
  21. ^ Lin WC, Blanchette CD, Ratto TV, Longo ML (январь 2006 г.). «Липидная асимметрия в липидных бислоях, поддерживаемых DLPC / DSPC: комбинированное исследование AFM и флуоресцентной микроскопии». Биофиз. J. 90 (1): 228–37. Bibcode:2006BpJ .... 90..228л. Дои:10.1529 / biophysj.105.067066. ЧВК  1367021. PMID  16214871.
  22. ^ Берг, Ховард С. (1993). Случайные прогулки по биологии (Расширенная ред. В мягкой обложке). Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. ISBN  978-0-691-00064-0.
  23. ^ Дитрих С., Воловик З.Н., Леви М., Томпсон Н.Л., Якобсон К. (сентябрь 2001 г.). «Разделение Thy-1, GM1 и сшитых аналогов фосфолипидов на липидные рафты, реконструированные в поддерживаемых модельных монослоях мембран». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 98 (19): 10642–7. Bibcode:2001PNAS ... 9810642D. Дои:10.1073 / pnas.191168698. ЧВК  58519. PMID  11535814.
  24. ^ Альбертс, Брюс (2017). «Глава 10: Мембранные конструкции». Молекулярная биология клетки. Наука о гирляндах. ISBN  9781317563747.
  25. ^ а б c Йигл, Филипп (1993). Мембраны клеток (2-е изд.). Бостон: Academic Press. ISBN  978-0-12-769041-4.
  26. ^ Фадок В.А., Браттон Д.Л., Фраш СК, Уорнер М.Л., Хенсон П.М. (июль 1998 г.). «Роль фосфатидилсерина в распознавании апоптозных клеток фагоцитами». Разница в гибели клеток. 5 (7): 551–62. Дои:10.1038 / sj.cdd.4400404. PMID  10200509.
  27. ^ Андерсон ХК, Гаримелла Р., Тагу С.Е. (январь 2005 г.). «Роль матричных везикул в развитии и биоминерализации ростковых пластинок». Фронт. Biosci. 10 (1–3): 822–37. Дои:10.2741/1576. PMID  15569622.
  28. ^ Eanes ED, Hailer AW (январь 1987 г.). «Осаждение фосфата кальция в водных суспензиях фосфатидилсерин-содержащих анионных липосом». Calcif. Tissue Int. 40 (1): 43–8. Дои:10.1007 / BF02555727. PMID  3103899.
  29. ^ Ким Дж., Мосиор М., Чанг Л.А., Ву Х., Маклафлин С. (июль 1991 г.). «Связывание пептидов с основными остатками с мембранами, содержащими кислые фосфолипиды». Биофиз. J. 60 (1): 135–48. Bibcode:1991BpJ .... 60..135K. Дои:10.1016 / S0006-3495 (91) 82037-9. ЧВК  1260045. PMID  1883932.
  30. ^ Кох А.Л. (1984). «Первобытные клетки: возможные механизмы выработки энергии и деления клеток». J. Mol. Evol. 21 (3): 270–7. Bibcode:1985JMolE..21..270K. Дои:10.1007 / BF02102359. PMID  6242168.
  31. ^ "5.1 Структура клеточной мембраны | Науки о жизни | Токийский университет". Архивировано из оригинал 22 февраля 2014 г.. Получено 10 ноября 2012.
  32. ^ а б Альбертс, Брюс (2002). Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Нью-Йорк: Наука Гарланд. ISBN  978-0-8153-4072-0.
  33. ^ Мартелли П.Л., Фаризелли П., Касадио Р. (2003). «АНСАМБЛЬНЫЙ подход машинного обучения для предсказания всех альфа-мембранных белков». Биоинформатика. 19 (Приложение 1): i205–11. Дои:10.1093 / биоинформатика / btg1027. PMID  12855459.
  34. ^ Филмор Д. (2004). «Это мир GPCR». Открытие современных лекарств. 11: 24–9.
  35. ^ Монталь М., Мюллер П. (декабрь 1972 г.). «Формирование бимолекулярных мембран из липидных монослоев и изучение их электрических свойств». Proc. Natl. Акад. Наука. 69 (12): 3561–6. Bibcode:1972ПНАС ... 69.3561М. Дои:10.1073 / pnas.69.12.3561. ЧВК  389821. PMID  4509315.
  36. ^ Меликов К.Ц., Фролов В.А., Щербаков А.В., Самсонов А.В., Чизмаджев Ю.А., Черномордик Л.В. (апрель 2001 г.). "Индуцированные напряжением непроводящие препоры и метастабильные одиночные поры в немодифицированном плоском липидном бислое". Биофиз. J. 80 (4): 1829–36. Bibcode:2001BpJ .... 80,1829M. Дои:10.1016 / S0006-3495 (01) 76153-X. ЧВК  1301372. PMID  11259296.
  37. ^ Нехер Э., Сакманн Б. (апрель 1976 г.). «Одноканальные токи, записанные с мембраны денервированных мышечных волокон лягушки». Природа. 260 (5554): 799–802. Bibcode:1976Натура.260..799Н. Дои:10.1038 / 260799a0. PMID  1083489.
  38. ^ Хойзер Дж. Э., Риз Т. С., Деннис М. Дж., Ян И., Ян Л., Эванс Л. (май 1979 г.). «Экзоцитоз синаптических везикул, зафиксированный при быстром замораживании и коррелированный с высвобождением квантового медиатора». J. Cell Biol. 81 (2): 275–300. Дои:10.1083 / jcb.81.2.275. ЧВК  2110310. PMID  38256.
  39. ^ Дубинный М.А., Лесовой Д.М., Дубовский П.В., Чупин В.В., Арсеньев А.С. (июнь 2006 г.). "Моделирование 31P-ЯМР спектры магнитно-ориентированных фосфолипидных липосом: новое аналитическое решение ». Твердотельный ядерный магнитный резонон. 29 (4): 305–311. Дои:10.1016 / j.ssnmr.2005.10.009. PMID  16298110.[мертвая ссылка ]
  40. ^ а б c Ройтер, Юрий; Орнатская, Марина; Rammohan, Aravind R .; Балакришнан, Джитендра; Heine, David R .; Минько, Сергей (2008). «Взаимодействие наночастиц с липидной мембраной». Нано буквы. 8 (3): 941–944. Bibcode:2008NanoL ... 8..941R. Дои:10.1021 / nl080080l. PMID  18254602.
  41. ^ Токумасу Ф., Джин А.Дж., Дворжак Дж.А. (2002). «Фазовое поведение липидной мембраны выясняется в реальном времени с помощью атомно-силовой микроскопии в контролируемой среде». J. Electron Micros. 51 (1): 1–9. Дои:10.1093 / jmicro / 51.1.1. PMID  12003236.
  42. ^ Рихтер Р.П., Бриссон А. (2003). «Характеристика липидных бислоев и белковых ансамблей, нанесенных на шероховатые поверхности, с помощью атомно-силовой микроскопии». Langmuir. 19 (5): 1632–40. Дои:10.1021 / la026427w.
  43. ^ а б Steltenkamp S, Müller MM, Deserno M, Hennesthal C, Steinem C, Janshoff A (июль 2006 г.). «Механические свойства расширяющих поры липидных бислоев, исследованные с помощью атомно-силовой микроскопии». Биофиз. J. 91 (1): 217–26. Bibcode:2006BpJ .... 91..217S. Дои:10.1529 / biophysj.106.081398. ЧВК  1479081. PMID  16617084.
  44. ^ Алиреза Машаги и др., Гидратация сильно влияет на молекулярную и электронную структуру мембранных фосфолипидов. J. Chem. Phys. 136, 114709 (2012) "Журнал химической физики". Архивировано из оригинал 15 мая 2016 г.. Получено 17 мая 2012.
  45. ^ Чакрабарти AC (1994). «Проницаемость мембран для аминокислот и модифицированных аминокислот: механизмы, участвующие в транслокации». Аминокислоты. 6 (3): 213–29. Дои:10.1007 / BF00813743. PMID  11543596.
  46. ^ Хаузер Х., Филлипс М.С., Стаббс М. (октябрь 1972 г.). «Ионная проницаемость фосфолипидных бислоев». Природа. 239 (5371): 342–4. Bibcode:1972 г.Натура. 239..342H. Дои:10.1038 / 239342a0. PMID  12635233.
  47. ^ Папахаджопулос Д., Уоткинс Дж. С. (сентябрь 1967 г.). «Фосфолипидные модельные мембраны. II. Проницаемость гидратированных жидких кристаллов». Биохим. Биофиз. Acta. 135 (4): 639–52. Дои:10.1016/0005-2736(67)90095-8. PMID  6048247.
  48. ^ Паула С., Волков А.Г., Ван Хук А.Н., Хейнс Т.Х., Димер Д.В. (январь 1996 г.). «Проникновение протонов, ионов калия и малых полярных молекул через фосфолипидные бислои в зависимости от толщины мембраны». Биофиз. J. 70 (1): 339–48. Bibcode:1996BpJ .... 70..339P. Дои:10.1016 / S0006-3495 (96) 79575-9. ЧВК  1224932. PMID  8770210.
  49. ^ Сян, Техас, Андерсон Б.Д. (июнь 1994 г.). «Взаимосвязь между размером проницаемого вещества и проницаемостью в двухслойных липидных мембранах». J. Membr. Биол. 140 (2): 111–22. Дои:10.1007 / bf00232899. PMID  7932645.
  50. ^ Гуо Э., Маккиннон Р. (декабрь 2005 г.). «Принципы селективного ионного транспорта в каналах и насосах». Наука. 310 (5753): 1461–5. Bibcode:2005Наука ... 310.1461G. Дои:10.1126 / science.1113666. PMID  16322449.
  51. ^ Gundelfinger ED, Kessels MM, Qualmann B (февраль 2003 г.). «Временная и пространственная координация экзоцитоза и эндоцитоза». Nat. Преподобный Мол. Cell Biol. 4 (2): 127–39. Дои:10.1038 / nrm1016. PMID  12563290.
  52. ^ Штейнман Р.М., Броди С.Е., Кон З.А. (март 1976 г.). «Мембранный ток при пиноцитозе. Стереологический анализ». J. Cell Biol. 68 (3): 665–87. Дои:10.1083 / jcb.68.3.665. ЧВК  2109655. PMID  1030706.
  53. ^ Яшрой Р.С. (1999) «Экзоцитоз у прокариот» и его роль в сальмонелла вторжение. ICAR NEWS - Информационный бюллетень по науке и технологиям, (Октябрь-декабрь) т. 5 (4), стр.18.https://www.researchgate.net/publication/230822402_'Exocytosis_in_prokaryotes'_and_its_role_in_Salmonella_invasion?ev=prf_pub
  54. ^ YashRoy R C (1993) Электронно-микроскопические исследования поверхностных пилей и пузырьков Сальмонелла 3,10: r: - организмы. Ind Jl of Anim Sci 63, 99-102.https://www.researchgate.net/publication/230817087_Electron_microscope_studies_of_surface_pilli_and_vesicles_of_Salmonella_310r-_organisms?ev=prf_pub
  55. ^ Яшрой Р.С. (1998) Открытие везикулярного экзоцитоза у прокариот и его роль в Сальмонелла вторжение. Текущая наука, т. 75 (10), стр.1062-1066.https://www.researchgate.net/publication/230793568_Discovery_of_vesicular_exocytosis_in_prokaryotes_and_its_role_in_Salmonella_invasion?ev=prf_pub
  56. ^ Яшрой RC (1998). "Экзоцитоз грамотрицательных бактерий для Сальмонелла вторжение в эпителий подвздошной кишки курицы ». Индийский журнал птицеводства. 33 (2): 119–123.
  57. ^ Neumann E, Schaefer-Ridder M, Wang Y, Hofschneider PH (1982). «Перенос гена в клетки лиомы мыши путем электропорации в сильных электрических полях». EMBO J. 1 (7): 841–5. Дои:10.1002 / j.1460-2075.1982.tb01257.x. ЧВК  553119. PMID  6329708.
  58. ^ Деманеш С., Бертолла Ф., Бурэ Ф. и др. (Август 2001 г.). «Лабораторные доказательства переноса генов, опосредованных молниями, в почве». Appl. Environ. Микробиол. 67 (8): 3440–4. Дои:10.1128 / AEM.67.8.3440-3444.2001. ЧВК  93040. PMID  11472916.
  59. ^ Гарсия ML (июль 2004 г.). «Ионные каналы: ожидания ворот». Природа. 430 (6996): 153–5. Bibcode:2004Натура 430..153Г. Дои:10.1038 / 430153a. PMID  15241399.
  60. ^ Макинтош Т.Дж., Саймон С.А. (2006). «Роль свойств двухслойного материала в функции и распределении мембранных белков». Анну. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 35 (1): 177–98. Дои:10.1146 / annurev.biophys.35.040405.102022. PMID  16689633.
  61. ^ Сухина TM, Tape SE, Koeppe RE, Андерсен OS, Sachs F, Gottlieb PA (июль 2004 г.). «Двухслойное ингибирование механочувствительных каналов нейроактивными пептидными энантиомерами». Природа. 430 (6996): 235–40. Bibcode:2004Натура430..235С. Дои:10.1038 / природа02743. PMID  15241420.
  62. ^ Hallett FR, Marsh J, Nickel BG, Wood JM (февраль 1993 г.). «Механические свойства везикул. II. Модель осмотического набухания и лизиса». Биофиз. J. 64 (2): 435–42. Bibcode:1993BpJ .... 64..435H. Дои:10.1016 / S0006-3495 (93) 81384-5. ЧВК  1262346. PMID  8457669.
  63. ^ Боул, Дэвид Х. (2001). Механика клетки. Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-79681-1.
  64. ^ Рутковски К.А., Уильямс Л.М., Хейнс Т.Х., Камминз Г.З. (июнь 1991 г.). «Эластичность синтетических фосфолипидных везикул, полученных методом фотонной корреляционной спектроскопии». Биохимия. 30 (23): 5688–96. Дои:10.1021 / bi00237a008. PMID  2043611.
  65. ^ Эванс Э., Генрих В., Людвиг Ф., Равич В. (октябрь 2003 г.). «Спектроскопия динамического напряжения и прочность биомембран». Биофиз. J. 85 (4): 2342–50. Bibcode:2003BpJ .... 85.2342E. Дои:10.1016 / S0006-3495 (03) 74658-X. ЧВК  1303459. PMID  14507698.
  66. ^ Яшрой Р.С. (1994) Дестабилизация ламеллярной дисперсии тилакоид липиды мембраны сахарозой. Biochimica et Biophysica Acta, т. 1212, с. 129-133.https://www.researchgate.net/publication/15042978_Destabilisation_of_lamellar_dispersion_of_thylakoid_membrane_lipids_by_sucrose?ev=prf_pub
  67. ^ Weaver JC, Чизмаджев Ю.А. (1996). «Теория электропорации: обзор». Биохимия и биоэнергетика. 41 (2): 135–60. Дои:10.1016 / S0302-4598 (96) 05062-3.
  68. ^ Папахаджопулос Д., Нир С., Дюзгюнес Н. (апрель 1990 г.). «Молекулярные механизмы индуцированного кальцием слияния мембран». J. Bioenerg. Биомер. 22 (2): 157–79. Дои:10.1007 / BF00762944. PMID  2139437.
  69. ^ Левентис Р., Гагне Дж., Фуллер Н., Рэнд Р.П., Сильвиус Дж. Р. (ноябрь 1986 г.). «Двухвалентный катион индуцировал слияние и липидную боковую сегрегацию в везикулах фосфатидилхолин-фосфатидная кислота». Биохимия. 25 (22): 6978–87. Дои:10.1021 / bi00370a600. PMID  3801406.
  70. ^ Маркин В.С., Козлов М.М., Боровягин В.Л. (октябрь 1984 г.). «К теории слияния мембран. Стеблевой механизм». Gen. Physiol. Биофизы. 3 (5): 361–77. PMID  6510702.
  71. ^ Черномордик Л.В., Козлов М.М. (2003). «Взаимодействие белков и липидов при слиянии и делении биологических мембран». Анну. Преподобный Biochem. 72 (1): 175–207. Дои:10.1146 / annurev.biochem.72.121801.161504. PMID  14527322.
  72. ^ Георгиев, Данко Д .; Глейзбрук, Джеймс Ф. (2007). «Субнейронная обработка информации уединенными волнами и случайными процессами». В Лышевском, Сергей Эдуард (ред.). Справочник по нано- и молекулярной электронике. Серия нано- и микротехники. CRC Press. стр.17 –1–17–41. Дои:10.1201/9781315221670-17. ISBN  978-0-8493-8528-5.
  73. ^ Чен Ю.А., Шеллер Р.Х. (февраль 2001 г.). «SNARE-опосредованное слияние мембран». Nat. Преподобный Мол. Cell Biol. 2 (2): 98–106. Дои:10.1038/35052017. PMID  11252968.
  74. ^ Кёлер Г., Мильштейн С. (август 1975 г.). «Непрерывные культуры слитых клеток, секретирующих антитела с заранее определенной специфичностью». Природа. 256 (5517): 495–7. Bibcode:1975Натура.256..495K. Дои:10.1038 / 256495a0. PMID  1172191.
  75. ^ Джордан, Кэрол А .; Нойман, Эберхард; Мейсон Соуэрши, Артур Э. (1989). Электропорация и электрослияние в клеточной биологии. Нью-Йорк: Пленум Пресс. ISBN  978-0-306-43043-5.
  76. ^ Immordino ML, Dosio F, Cattel L (2006). «Стелс-липосомы: обзор фундаментальных научных данных, обоснования и клинического применения, существующих и потенциальных». Int J Nanomed. 1 (3): 297–315. Дои:10.2217/17435889.1.3.297. ЧВК  2426795. PMID  17717971.
  77. ^ Chonn A, Semple SC, Cullis PR (15 сентября 1992 г.). «Ассоциация белков крови с большими однослойными липосомами in vivo. Отношение к продолжительности жизни в кровообращении». J. Biol. Chem. 267 (26): 18759–65. PMID  1527006.
  78. ^ Борис Э. Х., Винтерхальтер М., Фредерик П. М., Валлнер Дж. Дж., Ласич Д. Д. (1997). «Стелс-липосомы: от теории к продукту». Расширенные обзоры доставки лекарств. 24 (2–3): 165–77. Дои:10.1016 / S0169-409X (96) 00456-5.
  79. ^ Маэда Х, Сава Т, Конно Т (июль 2001 г.). «Механизм направленной на опухоль доставки макромолекулярных препаратов, включая эффект ЭПР в солидной опухоли и клинический обзор прототипа полимерного лекарственного средства SMANCS». J Control Release. 74 (1–3): 47–61. Дои:10.1016 / S0168-3659 (01) 00309-1. PMID  11489482.
  80. ^ Lopes DE, Menezes DE, Kirchmeier MJ, Gagne JF (1999). «Клеточный транспорт и цитотоксичность липосомального доксорубицина, нацеленного на анти-CD19, в клетках B-лимфомы». Журнал липосомных исследований. 9 (2): 199–228. Дои:10.3109/08982109909024786.
  81. ^ Мацумура Ю., Гото М., Муро К. и др. (Март 2004 г.). «Фаза I и фармакокинетическое исследование MCC-465, доксорубицина (DXR), инкапсулированного в иммунолипосоме PEG, у пациентов с метастатическим раком желудка». Анна. Онкол. 15 (3): 517–25. Дои:10.1093 / annonc / mdh092. PMID  14998859.
  82. ^ [1]. Biacore Inc., получено 12 февраля 2009 г.
  83. ^ Nanion Technologies. Автоматический патч-зажим. Проверено 28 февраля 2010 г. (PDF)
  84. ^ Bermejo, M .; Авдеф, А .; Ruiz, A .; Nalda, R .; Ruell, J. A .; Цинман, О .; González, I .; Fernández, C .; Sánchez, G .; Гарригес, Т. М .; Мерино, В. (2004). «PAMPA - модель абсорбции лекарственного средства in vitro 7. Сравнение проницаемости фторхинолонов in situ на крысах, Caco-2 и PAMPA». Европейский журнал фармацевтических наук. 21 (4): 429–41. Дои:10.1016 / j.ejps.2003.10.009. PMID  14998573.
  85. ^ Авдеф, А .; Artursson, P .; Neuhoff, S .; Лазорова, Л .; Gråsjö, J .; Тавелин, С. (2005). «Проницаемость Caco-2 слабощелочных лекарств, предсказанная методом двойного стока PAMPA pKa (flux)». Европейский журнал фармацевтических наук. 24 (4): 333–49. Дои:10.1016 / j.ejps.2004.11.011. PMID  15734300.
  86. ^ Авдеф, А .; Nielsen, P.E .; Цинман, О. (2004). «PAMPA - модель абсорбции лекарственного средства in vitro 11. Соответствие толщины слоя неперемешиваемой воды in vivo путем перемешивания отдельных лунок в микротитровальных планшетах». Европейский журнал фармацевтических наук. 22 (5): 365–74. Дои:10.1016 / j.ejps.2004.04.009. PMID  15265506.
  87. ^ Dagenais, C .; Авдеф, А .; Цинман, О .; Дадли, А .; Беливо, Р. (2009). «Проницаемость гематоэнцефалического барьера мыши с дефицитом P-гликопротеина in situ и ее прогноз с использованием модели in combo PAMPA». Европейский журнал фармацевтических наук. 38 (2): 121–37. Дои:10.1016 / j.ejps.2009.06.009. ЧВК  2747801. PMID  19591928.
  88. ^ Sinkó, B .; Kökösi, J .; Авдеф, А .; Такач-Новак, К. (2009). «Исследование PAMPA эффекта повышения проницаемости новых аналогов церамидов». Химия и биоразнообразие. 6 (11): 1867–74. Дои:10.1002 / cbdv.200900149. PMID  19937821.
  89. ^ Леб Дж (декабрь 1904 г.). «Последние разработки биологии». Наука. 20 (519): 777–786. Bibcode:1904Sci .... 20..777L. Дои:10.1126 / science.20.519.777. PMID  17730464.
  90. ^ Фрике Х (1925). «Электроемкость суспензий с учетом крови». Журнал общей физиологии. 9 (2): 137–52. Дои:10.1085 / jgp.9.2.137. ЧВК  2140799. PMID  19872238.
  91. ^ Дурен LJ, Видеманн LR (1986). «О бимолекулярных слоях липидов на хромоцитах крови». Журнал Европейского журнала педиатрии. 145 (5): 329. Дои:10.1007 / BF00439232. PMID  3539619.
  92. ^ Гортер Э, Грендель Ф (1925). «О бимолекулярных слоях липидов на хромоцитах крови». Журнал экспериментальной медицины. 41 (4): 439–43. Дои:10.1084 / jem.41.4.439. ЧВК  2130960. PMID  19868999.
  93. ^ Сйостранд Ф.С., Андерссон-Седергрен Э., Дьюи М.М. (апрель 1958 г.). «Ультраструктура вставочных дисков сердечной мышцы лягушки, мыши и морской свинки». J. Ultrastruct. Res. 1 (3): 271–87. Дои:10.1016 / S0022-5320 (58) 80008-8. PMID  13550367.
  94. ^ Робертсон Дж. Д. (1960). «Молекулярная структура и контактные отношения клеточных мембран». Прог. Биофиз. Мол. Биол. 10: 343–418. PMID  13742209.
  95. ^ Робертсон Дж. Д. (1959). «Ультраструктура клеточных мембран и их производных». Biochem. Soc. Symp. 16: 3–43. PMID  13651159.
  96. ^ Мюллер П., Рудин Д. О., Тьен Х. Т., Уэскотт В. К. (июнь 1962 г.). «Восстановление структуры клеточной мембраны in vitro и превращение ее в возбудимую систему». Природа. 194 (4832): 979–80. Bibcode:1962Натура.194..979М. Дои:10.1038 / 194979a0. PMID  14476933.
  97. ^ Бангхэм, А.Д.; Хорн, Р. У. (1964). «Отрицательное окрашивание фосфолипидов и их структурная модификация поверхностно-активными агентами, наблюдаемые в электронном микроскопе». Журнал молекулярной биологии. 8 (5): 660–668. Дои:10.1016 / S0022-2836 (64) 80115-7. PMID  14187392.
  98. ^ Кунитаке Т (1977). «Полностью синтетическая двухслойная мембрана». Варенье. Chem. Soc. 99 (11): 3860–3861. Дои:10.1021 / ja00453a066.

внешние ссылки