Способы разрушения мембраны детергентами

Большая часть тех веществ, из которых построены биологические мембраны, а это главным образом бел­ки и липиды, практически нерастворимы в воде. Это связано не с тем, что эти вещества являются абсолютно гидрофобными. Напротив, и мембранные липиды, и мембранные белки содержат в составе своих молекул довольно обширные области, образованные гидро­фильными группировками, а потому, как и детергенты, являются амфифильными.

Существует некий баланс гидрофильных и гидрофобных остатков в мо­лекулах этих соединений. А он таков, что величины критической концентрации мицеллообразования для этих веществ очень малы (10^-10-10^{-9 М), и в воде их молекулы проявляют мощную тенденцию к аг­регации. Однако в силу особенностей своего строения они образуют в воде не маленькие мицеллы, а протяженные мембранные агрегаты. В этих структу­рах неполярные участки молекул формируют гидро­фобную область мембраны, которая изолирована от воды гидрофильными группами, расположенными на противолежащих друг другу поверхностях мембранно­го бислоя.}

Детергенты разрушают мембрану потому, что молекулы, образующие мицеллы, и молекулы, склонные к формированию мембран, предъяв­ляют разные требования к геометрии образуемых ими ассоциатов (рис. 2).

Молекулы детергентов, обладающие довольно объ­емной гидрофильной областью и относительно не­большим гидрофобным участком, в целом имеют фор­му конуса и поэтому легко упаковываются в структуры с высокой кривизной поверхности типа сферических или цилиндрических мицелл.

В свою очередь, в липидных молекулах, образующих мембраны, различия в размерах гидрофильной и гидрофобной области не столь велики. В силу этого они имеют форму цилиндра (или бруска) и лучше всего упаковываются в протяжен­ные липидные бислои минимальной кривизны.

Поэто­му при одновременном присутствии детергента и липида в составе одного агрегата возникает конфликт между стремлением детергента принять мицеллярную конфигурацию и тенденцией липида сохранить бислойную упаковку молекул в мембране.

Пока детергента в мембране мало, его присутствие проявляется лишь в возникновении дефектов упаков­ки молекул в липидном бислое с образованием пор, проницаемых для водорастворимых соединений. Но по мере ростасодержания детергента изменения упаковки становятся все более значительными и в конечном сче­те вызывают нарушения целостности мембраны, что приводит к ее разрывам и даже к фрагментации на от­дельные частицы. Однако эти частицы все еще сохра­няют мембранную организацию, и вся система в целом по-прежнему может рассматриваться как раствор де­тергента в мембране.

Когда же концентрация детергента в мембране до­стигает некоторой критической величины и дальнейшее сохранение бислойной организации молекул стано­вится энергетически невыгодным, мембрана начинает разрушаться с образованием смешанных липид-детергентных и белок-детергентных мицелл, которые факти­чески представляют собой раствор компонентов мембраны в избытке детергента (рис. 3). Это и есть момент солюбилизации, которая приводит к резкому уменьше­нию размера частиц и как следствие этого – к сниже­нию мутности мембранной суспензии и уменьшению количества материала, осаждаемого при центрифуги­ровании.

Для солюбилизации лучше использовать детерген­ты с низкой критической концентрацией мицеллообразования, так как такие детергенты легче встраиваются в мембрану и быстрее вызывают ее рас­пад до смешанных мицелл. В этом качестве наиболее эффективны ионные детергенты, но их недостатком является то, что нередко они вызывают денатурацию белков. Особенно часто это происходит в случае катионных детергентов. Неионные детергенты менее эффективны в качестве солюбилизирующих агентов и иногда не полностью от­деляют липиды от белков. Но, возможно, именно по­этому в присутствии неионных детергентов белки луч­ше сохраняют свою активность.

В солюбилизированном состоянии мембранные белки можно легко отделить от основной массы липидов и подвергнуть дальнейшему фракционированию с целью выделения индивидуального белка или группы белков с интересующим исследователя типом активно­сти.

Дата добавления: 2015-06-30