Геометрия мицелл и критический параметр упаковки

Информация » Термодинамика полиморфизма липидных структур » Геометрия мицелл и критический параметр упаковки

Говоря о наиболее стабильной геометрии мицелл, следует принять во внимание три молекулярных параметра.

Sb, оптимальная площадь поверхности, занимаемой молекулой на гидрофобной поверхности раздела. Она частично зависит от свойств раствора, особенно ионной силы в случае заряженных молекул.

максимальная длина алкильной цепи в простых амфифильных молекулах с одной цепью и в фосфолипидах. Она определяет верхний предел размера мицелл, например радиус сферической мицеллы или толщину бислоя. Обратите внимание, что мицеллы никогда не имеют полостей или дырок, поэтому радиус сферической мицеллы не может превышать /, хотя и может быть меньше этой величины. Обычно он несколько меньше длины максимально вытянутой цепи, имеющей полностью-трансконфигурацию.

V, молекулярный объем углеводородной области амфифильной молекулы. Объем мицеллы, ограничиваемый границей раздела фаз углеводород-вода, считают равным Mv, где М - число молекул в мицелле.

Площадь поверхности, приходящейся на единицу объема, зависит от геометрии мицеллы, и именно этим в конечном счете определяется, какие мицеллы образуются различными амфифильными соединениями. Рассмотрим некоторые возможные формы мицелл.

Сферы. Если размер определяется длиной углеводородной цепи, то из всех возможных структур сфера имеет наибольшее отношение поверхности к объему; к образованию мицелл такой формы особенно склонны липиды с большой величиной So, такие, как додецилсульфат.

Деформированные сферы. Для них характерно меньшее значение отношения поверхность/объем, чем для сфер:

а) эллипсоиды: по-видимому, их образование маловероятно , поскольку на некоторых участках поверхности упаковка молекул в высшей степени невыгодна;

б) глобулы: состоят как бы из двух слившихся сфер. Их образование считается весьма вероятным.

Стержни и цилиндры. Характеризуются еще более низким отношением поверхность/объем. По краям, по-видимому, имеют закругления в виде полусфер, позволяющие устранить контактирование воды с неполярной областью при сохранении приемлемой упаковки молекул. Вислой. Имеет наименьшее отношение поверхность/объем; легче всего его образуют липиды с большим молекулярным объемом. Обратите внимание, что диски и плоские фрагменты бислоя энергетически весьма невыгодны из-за контактирования их краев с водой. При замыкании бислоя в сферические везикулы этот краевой контакт устраняется. Замыканию благоприятствует и энтропийный фактор, поскольку при этом образуются частицы меньших размеров, чем протяженные плоские фрагменты бислоя. Однако некоторые белки и пептиды стабилизируют фосфолипидные диски.

Зная параметр v/lSo, можно предсказать, какие мицеллы будут преимущественно образовываться теми или иными молекулами. Этот параметр называется критическим параметром упаковки и зависит от объема и длины неполярного участка молекулы, а также от оптимальной площади поверхности полярной головки. Рассмотрим, например, сферическую мицеллу радиусом R, содержащую М молекул.

Полная поверхность мицеллы = MSo = 4rrR2, Полный объем мицеллы = Mv = т/? 3, так что радиус мицеллы

Поскольку радиус мицеллы не может быть больше / - максимально возможной длины углеводородной цепи липидной молекулы, то условие упаковки липидов в сферические мицеллы будет выглядеть как

Аналогичные расчеты легко провести также для мицелл цилиндрической формы и для плоского бислоя. Критические параметры в этом случае будут равны

Цилиндр: = 1/2, Бислой: = 1.

Отсюда следует, что при заданных v, I и So, если величина < 1: 3, то будут образовываться сферические мицеллы, если 1 /3 < v/lSo < 1 /2, то мицеллы будут глобулярными или цилиндрическими, а если 1 /2 < v/lSo < 1, то липиды будут образовывать стабильный бислой. Наличие двух длинных ацильных цепей в природных фосфолипидах увеличивает объемную составляющую, именно это и приводит к формированию стабильного бислоя. У фосфолипидов с одной цепью, какими являются большинство синтетических детергентов, параметр v/lSo лежит между 1/3 и 1/2, поэтому они не образуют стабильных бислоев. По тем же причинам не образуют стабильных бислоев диацильные фосфолипиды с очень короткими цепями.

Особый интерес представляет случай, когда природные липиды характеризуются параметром v/ISo > 1 и, следовательно, не образуют стабильных бислоев. Эти липиды, имеющие относительно небольшие полярные головки, как мы уже видели, формируют обращенную гексагональную фазу. Их роль в биологических мембранах неясна, хотя и служит предметом активного обсуждения.


Другие статьи:

Классические законы Г.Менделя
Основные законы наследуемости были описаны чешским монахом Грегором Менделем более века назад, когда он преподавал физику и естественную историю в средней школе г. Брюнна (г. Брно). Мендель занимался селекционированием гороха, и именно г ...

Australopithecus garhi
Найден в Эфиопии в 1997, описан в 1999. "Garhi" по-афарски значит "удивительный". Объем мозга - примерно 450 куб.см. Возраст - 2,5 млн. лет. Крупные коренные и предкоренные зубы сближают эту форму с парантропами (см. н ...

Гусеница
Гусеницы – личинки бабочек — обычно окрашены в зеленые или бурые тона, часто покрыты волосками, шипами. Как правило, они имеют червеобразную форму с грызущим ротовым аппаратом. Физиологической особенностью гусениц является наличие пары и ...