Modern views on the structure and dynamics of biological membranes
Essential changes have been recently observed in views on the functioning, structural and dynamic properties of biological membranes. The previous results on hierarchical cluster-type structure of membranes and role of protein and lipid components are reconsidered. An established fact of dramatic di...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вiopolymers and Cell |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/156713 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Modern views on the structure and dynamics of biological membranes / A.P. Demchenko // Вiopolymers and Cell. — 2012. — Т. 28, № 1. — С. 24-38. — Бібліогр.: 114 назв. — англ., укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860196106155065344 |
|---|---|
| author | Demchenko, A.P. |
| author_facet | Demchenko, A.P. |
| citation_txt | Modern views on the structure and dynamics of biological membranes / A.P. Demchenko // Вiopolymers and Cell. — 2012. — Т. 28, № 1. — С. 24-38. — Бібліогр.: 114 назв. — англ., укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вiopolymers and Cell |
| description | Essential changes have been recently observed in views on the functioning, structural and dynamic properties of biological membranes. The previous results on hierarchical cluster-type structure of membranes and role of protein and lipid components are reconsidered. An established fact of dramatic difference in lipid composition between external and internal monolayers of plasma membranes is important for understanding membrane phenomena. In particular, there exist the differences between monolayers in surface charge and potential, ion binding, interaction with protein molecules, etc. A glycolipid component of outer monolayer and interaction of inner monolayer with cytoskeleton allow the membrane by expanding the asymmetry to attain its important functional properties. All that requires more critical approach to numerous data obtained with simplified biomembrane analogs – lipid and protein-lipid bilayer structures. In the attempts to describe and model the properties of cellular membranes there is a timely necessity to shift from two-dimensionality (which reduces the analysis to membrane plane only) to more realistic three-dimensional models.
Останнім часом відбулися істотні зміни у поглядах на функціонування і структурно-динамічні властивості біологічних мембран. Переглянуто дані щодо ієрархічної кластерної будови мембран і ролі білкових і ліпідних компонентів. Встановлено факт драматичної різниці ліпідного складу між зовнішнім і внутрішнім моношарами плазматичних мембран, який має важливе значення для розуміння мембранних процесів. Зокрема, існують відмінності між моношарами у поверхневому заряді і потенціалі, зв’язуванні іонів, взаємодії з молекулами білків тощо. Гліколіпідний компонент зовнішнього моношару і взаємодія з цитоскелетом внутрішнього моношару дозволяють мембрані через поглиблення асиметрії набути важливих функціональних властивостей. Необхідний більш критичний підхід до результатів, одержаних зі спрощеними аналогами біомембран – ліпідними і білково-ліпідними бішаровими структурами. У спробах описання і моделювання властивостей клітинних мембран існує потреба відходу від двовимірності (що зводить аналіз лише в площину мембрани) і переходу до більш реалістичних тривимірних моделей.
В последнее время произошли существенные изменения во взглядах на функционирование и структурно-динамические свойства биологических мембран. Пересмотрены данные о иерархичном кластерном строении мембран и роли белковых и липидных компонентов. Установлен факт драматических различий липидного состава между наружным и внутренним монослоями плазматических мембран, имеющий большое значение для понимания мембранных процессов. В частности, существуют различия между монослоями в поверхностном заряде и потенциале, связывании ионов, взаимодействии с белковыми молекулами и т. д. Гликолипидный компонент внешнего монослоя и взаимодействие с цитоскелетом во внутреннем монослое позволяют мембране за счет углубления асимметрии приобрести важные функциональные свойства. Необходим более критичный подход к многочисленным результатам, полученным с упрощенными аналогами биомембран – липидными и белково-липидными бислойными структурами. В попытках описания и моделирования свойств клеточных мембран существует актуальная потребность отхода от двухмерности (что сводит анализ лишь в плоскость мембраны) и перехода к более реалистичным трехмерным моделям.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:08:40Z |
| format | Article |
| fulltext |
576.314:577.352UDC
Ñó÷àñí³ óÿâëåííÿ ïðî ñòðóêòóðó ³ äèíàì³êó
á³îëîã³÷íèõ ìåìáðàí
Î. Ï. Äåì÷åíêî
²íñòèòóò á³îõ³ì³¿ ³ì. Î. Â. Ïàëëàä³íà ÍÀÍ Óêðà¿íè
Âóë. Ëåîíòîâè÷à, 9, Êè¿â, Óêðà¿íà, 01601
alexdem@ukr.net
Îñòàíí³ì ÷àñîì â³äáóëèñÿ ³ñòîòí³ çì³íè ó ïîãëÿäàõ íà ôóíêö³îíóâàííÿ ³ ñòðóêòóðíî-äèíàì³÷í³ âëàñòè-
âîñò³ á³îëîã³÷íèõ ìåìáðàí. Ïåðåãëÿíóòî äàí³ ùîäî ³ºðàðõ³÷íî¿ êëàñòåðíî¿ áóäîâè ìåìáðàí ³ ðîë³ á³ëêî-
âèõ ³ ë³ï³äíèõ êîìïîíåíò³â. Âñòàíîâëåíî ôàêò äðàìàòè÷íî¿ ð³çíèö³ ë³ï³äíîãî ñêëàäó ì³æ çîâí³øí³ì ³
âíóòð³øí³ì ìîíîøàðàìè ïëàçìàòè÷íèõ ìåìáðàí, ÿêèé ìຠâàæëèâå çíà÷åííÿ äëÿ ðîçóì³ííÿ ìåìáðàííèõ
ïðîöåñ³â. Çîêðåìà, ³ñíóþòü â³äì³ííîñò³ ì³æ ìîíîøàðàìè ó ïîâåðõíåâîìó çàðÿä³ ³ ïîòåíö³àë³, çâ’ÿçóâàí-
í³ ³îí³â, âçàºìî䳿 ç ìîëåêóëàìè á³ëê³â òîùî. Ãë³êîë³ï³äíèé êîìïîíåíò çîâí³øíüîãî ìîíîøàðó ³ âçàºìîä³ÿ
ç öèòîñêåëåòîì âíóòð³øíüîãî ìîíîøàðó äîçâîëÿþòü ìåìáðàí³ ÷åðåç ïîãëèáëåííÿ àñèìåò𳿠íàáóòè âàæ-
ëèâèõ ôóíêö³îíàëüíèõ âëàñòèâîñòåé. Íåîáõ³äíèé á³ëüø êðèòè÷íèé ï³äõ³ä äî ðåçóëüòàò³â, îäåðæàíèõ ç³
ñïðîùåíèìè àíàëîãàìè á³îìåìáðàí – ë³ï³äíèìè ³ á³ëêîâî-ë³ï³äíèìè á³øàðîâèìè ñòðóêòóðàìè. Ó ñïðî-
áàõ îïèñàííÿ ³ ìîäåëþâàííÿ âëàñòèâîñòåé êë³òèííèõ ìåìáðàí ³ñíóº ïîòðåáà â³äõîäó â³ä äâîâèì³ðíîñò³
(ùî çâîäèòü àíàë³ç ëèøå â ïëîùèíó ìåìáðàíè) ³ ïåðåõîäó äî á³ëüø ðåàë³ñòè÷íèõ òðèâèì³ðíèõ ìîäåëåé.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: á³îëîã³÷í³ ìåìáðàíè, ì³êðîäîìåíè ³ ðàôòè, òðàíñìåìáðàííèé ðîçïîä³ë ë³ï³ä³â, ìîäåë³
á³îìåìáðàí.
Á³îëîã³÷í³ ìåìáðàíè º íå ëèøå áàð’ºðàìè, ùî îáìå-
æóþòü îá’ºì êë³òèí òà ¿õí³õ îðãàíåë, àëå é ó÷àñíè-
êàìè áàãàòüîõ êë³òèííèõ ïðîöåñ³â, òàêèõ ÿê àäãåç³ÿ,
åíäîöèòîç, ³ìóííà â³äïîâ³äü, ãåíåðàö³ÿ ïîòåíö³àëó
䳿 òà àïîïòîç. Çàâäÿêè ¿ì â³äáóâàþòüñÿ ñåëåêòèâ-
íèé îáì³í ðå÷îâèíàìè, åíåð㳺þ ³ ³íôîðìàö³ºþ ì³æ
âíóòð³øí³ì ³ çîâí³øí³ì ñåðåäîâèùàìè. Ðåàë³çàö³ÿ
ôóíêö³é ðåöåïòîð³â, ³îííèõ êàíàë³â, òðàíñïîðòíèõ
ÀÒÐàç òà ³í. çàáåçïå÷óºòüñÿ íåîäíîð³äíîþ áóäîâîþ
ìåìáðàí, ÿê³ ì³ñòÿòü ð³çí³ á³ëêè òà ë³ï³äí³ êîìïîíåí-
òè. гçíîìàí³òòÿ ñêëàäó òà âèñîêà ðóõëèâ³ñòü ñòðóê-
òóðíèõ êîìïîíåíò³â íå äîçâîëÿþòü âèçíà÷àòè ñòðóê-
òóðó ìåìáðàí äèôðàêö³éíèìè ìåòîäàìè. Òîìó äëÿ
ðîçóì³ííÿ ôóíêö³¿ ìåìáðàí âèêîðèñòîâóþòü áàãà-
òîïëàíîâó ³íôîðìàö³þ, îäåðæàíó â øèðîêîìó êîì-
ïëåêñ³ á³îõ³ì³÷íèõ ³ á³îô³çè÷íèõ äîñë³äæåíü, à àíà-
ë³ç öèõ ðåçóëüòàò³â íå ìîæå îá³éòèñÿ áåç çàñòîñó-
âàííÿ ìîäåëåé, ÿê³ á äàâàëè ñïðîùåíå, àëå àäåêâàò-
íå óÿâëåííÿ ïðî ìåõàí³çìè ìåìáðàííèõ ïðîöåñ³â.
40 ðîê³â òîìó çàïðîïîíîâàíî «ð³äèííî-ìîçà¿÷-
íó» ìîäåëü ìåìáðàí ѳíãåðà-Íèêîëñîíà [1], ÿêó ââà-
æàþòü îñíîâîþ äëÿ ðîçóì³ííÿ ìåìáðàííèõ ïðî-
öåñ³â. Ðîáîòà íàëåæèòü äî íàéçãàäóâàí³øèõ ³ íàé-
öèòîâàí³øèõ ó á³îëî㳿 êë³òèíè (1400 öèòóâàíü ó
Scopus ³ 4950 – ó Google Àêàäåì³ÿ). Íåîäíîðàçîâî
ïðîïîíóâàëîñÿ ïåðåãëÿíóòè öþ ìîäåëü òà âèñóâà-
ëèñÿ ¿¿ àëüòåðíàòèâí³ âàð³àíòè. Òàê ç’ÿâèëèñÿ ´ðàò-
÷àñòà òà ñóïåð-´ðàò÷àñòà ìîäåë³ [2], «äèíàì³÷íî-
ñòðóêòóðíà ìîäåëü» [3], ìîäåëü «ðàôò³â» [4, 5], ìî-
äåëü ³ºðàðõ³÷íî¿ îðãàí³çàö³¿ ìåìáðàí [6]. ª àâòîðè,
ÿê³ ââàæàþòü ìîäåëü ѳíãåðà-ͳêîëñîíà ö³ëêîì ïî-
ìèëêîâîþ ³ íåïðèéíÿòíîþ, ùî íå ìîæå ñëóãóâàòè
áàçîþ äëÿ àíàë³çó åêñïåðèìåíòàëüíèõ äàíèõ. Ïðî-
òå ðîáîòè áàãàòüîõ â÷åíèõ óçãîäæóþòüñÿ ç íåþ çà
ðåçóëüòàòàìè åêñïåðèìåíò³â. Ó ë³òåðàòóð³ îñòàí-
íüîãî ÷àñó îïóáë³êîâàíî áàãàòî äèñêóñ³éíèõ ñòàòåé
[7–9] ³ âèíèêëà íàãàëüíà ïîòðåáà ó ¿õíüîìó íåóïå-
ðåäæåíîìó àíàë³ç³. Òàêå çàâäàííÿ é ïîñòàâëåíå â
öüîìó îãëÿä³.
Îö³íêà ïåðñïåêòèâè ðîçâèòêó óÿâëåíü ïðî ñòðóê-
òóðíî-äèíàì³÷í³ âëàñòèâîñò³ á³îìåìáðàí ó ñâ³òë³
ðåçóëüòàò³â, îäåðæàíèõ ñó÷àñíèìè ìåòîäàìè, º íàä-
çâè÷àéíî ñêëàäíîþ çàäà÷åþ. Ìîäåëþâàííÿ – öå çàâ-
æäè ñïðîùåííÿ ç âèîêðåìëåííÿì íàéñóòòºâ³øèõ
24
ISSN 0233–7657. Biopolymers and Cell. 2012. Vol. 28. N 1. P. 24–38
� Institute of Molecular Biology and Genetics, NAS of Ukraine, 2012
ðèñ òîãî ÿâèùà, ùî âèâ÷àºòüñÿ. Íàéçíà÷í³øèì íå-
äîë³êîì ³ñíóþ÷èõ ìîäåëåé á³îìåìáðàí º ¿õíÿ äâîâè-
ì³ðí³ñòü, ùî çâîäèòü àíàë³ç ñòðóêòóðíî-äèíàì³÷-
íèõ ïðîöåñ³â ëèøå â ïëîùèíó ìåìáðàíè. Ó ïðåä-
ñòàâëåíîìó îãëÿä³ çâåðíåíî óâàãó ñàìå íà îñîáëèâó
ðîëü ñòðóêòóðíî¿ àñèìåò𳿠ìåìáðàíè òà íàÿâí³ñòü
ñòð³ìêèõ ãðà䳺íò³â åëåêòðîñòàòè÷íèõ ïîë³â ³ ñåã-
ìåíòàðíî¿ ðóõëèâîñò³ êîìïîíåíò³â, à òàêîæ ñóòòº-
âî¿ ð³çíèö³ â ì³æìîëåêóëÿðíèõ âçàºìîä³ÿõ çîâí³ø-
íüîãî ³ âíóòð³øíüîãî ìîíîøàð³â ìåìáðàí.
Ðåçóëüòàòè ñòðóêòóðíî-äèíàì³÷íîãî ìîäåëþ-
âàííÿ. Êëàñè÷íèé åêñïåðèìåíò, ïðîâåäåíèé ùå â
1970 ð. [10], ÿñêðàâî ïðîäåìîíñòðóâàâ, ùî ìåìá-
ðàíí³ àíòèãåíè íå ìàþòü ñòàòè÷íîãî ðîçïîä³ëó â
ïëîùèí³ ìåìáðàíè, íàòîì³ñòü ¿ì ïðèòàìàííà çíà÷-
íà ïðîñòîðîâî íåîáìåæåíà ðóõëèâ³ñòü. Äëÿ ïîÿñ-
íåííÿ òàêèõ ðåçóëüòàò³â ³ çàïðîïîíîâàíî ð³äèííî-
ìîçà¿÷íó ìîäåëü [1] (ðèñ. 1), ùî ðîçãëÿäຠïîäâ³é-
íèé øàð ðóõëèâèõ ë³ï³ä³â ÿê ñòðóêòóðíó îñíîâó
ìåìáðàíè, à ³íòåãðàëüí³ á³ëêè ìåìáðàí – ÿê ðîç÷è-
íåí³ â íüîìó ðóõëèâ³ ÷àñòèíêè ç³ çäàòí³ñòþ äî â³ëü-
íî¿ ³ ñòðóêòóðíî íåîáìåæåíî¿ äèôó糿 ó äâîâèì³ð-
íîìó ïðîñòîð³ ìåìáðàíè. Îäíàê âèÿâèëèñÿ ³ ñóòòº-
â³ íåóçãîäæåíîñò³ ìîäåë³. Äèôóç³ÿ ÿê õàîòè÷íèé
ðóõ áðîóí³âñüêèõ ÷àñòèíîê çàâæäè ïðèçâîäèòü äî
¿õíüîãî ïåðåðîçïîä³ëó ì³æ îáëàñòÿìè ç âèñîêîþ ³
íèçüêîþ êîíöåíòðàö³ÿìè. ×îìó æ òîä³ ïðè âçàºìî䳿
áàãàòüîõ ïîâåðõíåâèõ ðåöåïòîð³â ç ãîðìîíàìè â³äáó-
âàºòüñÿ ¿õí³é ðóõ íàâïàêè – àñîö³àö³ÿ â ïëîùèí³
ìåìáðàíè? Öå ÿâèùå äîáðå âèâ÷åíå, çîêðåìà, äëÿ ðå-
öåïòîð³â òèðîçèíê³íàç [11, 12]. ϳñëÿ ïóáë³êàö³¿ [1]
ç’ÿâèëèñÿ ïðÿì³ åêñïåðèìåíòàëüí³ äàí³, ùî ñóïåðå-
÷àòü ð³äèííî-ìîçà¿÷í³é ìîäåë³. Íàéá³ëüøîãî çíà-
÷åííÿ íàáóëè ðåçóëüòàòè Kàðíîâñüêîãî òà ³í. [13], ó
ÿêèõ ìåòîäîì ôëóîðåñöåíòíîãî çîíäóâàííÿ ïîêàçà-
íî çíà÷íó ñòðóêòóðíî-äèíàì³÷íó ãåòåðîãåíí³ñòü ôîñ-
ôîë³ï³äíîãî á³øàðó ìåìáðàí. Âèíèêëà ³äåÿ ùîäî ôà-
çîâîãî ðîçøàðóâàííÿ ë³ï³ä³â ó ïëîùèí³ ìåìáðàíè ç
óòâîðåííÿì ¿õí³õ ñòðóêòóðíî æîðñòêèõ êëàñòåð³â –
«ðàôò³â» [4, 5, 14]. Ïîä³áí³ ôàçîâ³ ðîçøàðóâàííÿ
ñïîñòåð³ãàëè ³ â ìîäåëüíèõ á³øàðîâèõ ñòðóêòóðàõ,
ñòâîðåíèõ ç ë³ï³äíèõ ñóì³øåé [14]. Âñòàíîâëåíî, ùî
ïðè ôðàãìåíòàö³¿ ìåìáðàí ó ðîç÷èíàõ íå³îííèõ äå-
òåðãåíò³â çáåð³ãàþòüñÿ íåðîç÷èíí³ á³ëêîâî-ë³ï³äí³
êîìïëåêñè [15, 16], âíàñë³äîê ÷îãî ç’ÿâèëàñÿ ã³ïîòå-
çà ¿õíüî¿ ñòðóêòóðíî¿ â³äïîâ³äíîñò³ ðàôòàì.
Îäíî÷àñíî ðîçâèâàëèñÿ îïòè÷í³ ìåòîäè äîñë³ä-
æåííÿ ³íòàêòíèõ êë³òèí, âèêîðèñòàííÿ ÿêèõ äàëî
ìîæëèâ³ñòü âèÿâèòè çíà÷í³ â³äõèëåííÿ õàðàêòåðó
äèíàì³êè â³ä î÷³êóâàíèõ íà îñíîâ³ ð³äèííî-ìîçà¿÷-
íî¿ ìîäåë³. Ñèñòåìíèé àíàë³ç óñ³õ ðåçóëüòàò³â äîçâî-
ëèâ ãðóï³ Äàì’ÿíîâè÷à [3] ñôîðìóëþâàòè «äèíà-
ì³÷íî-ñòðóêòóðíó ìîçà¿÷íó ìîäåëü» á³îìåìáðàíè.
 í³é ìîçà¿÷í³ñòü ðîçãëÿäàºòüñÿ ÿê íåõàîòè÷íèé ðîç-
ïîä³ë ìåìáðàííèõ á³ëê³â, ùî ôîðìóþòü ìàëîðîç-
ì³ðí³ êëàñòåðè íà ìîëåêóëÿðíîìó ð³âí³ ³ êëàñòåðè
á³ëüøîãî ðîçì³ðó (ãðóïè êëàñòåð³â, îñòð³âö³) íà ñóá-
ì³êðîìåòðîâîìó ð³âí³. Êîíöåïö³ÿ «ð³äèííîñò³» òóò
íàáóâຠíîâîãî çíà÷åííÿ ÿê ìîæëèâ³ñòü äëÿ êëàñòå-
ð³â øâèäêî ïåðåáóäîâóâàòèñÿ, òðàíñôîðìóâàòèñÿ ³
ïåðåì³ùóâàòèñÿ ï³ä âïëèâîì çîâí³øí³õ ñòèìóë³â.
Ç íàâåäåíîãî îïèñó ð³äèííî-ìîçà¿÷íî¿ ìîäåë³ âè-
ìàëüîâóºòüñÿ êàðòèíà «â³ëüíîãî ïëàâàííÿ» ìåìáðàí-
íèõ á³ëê³â ó äâîâèì³ðíîìó ë³ï³äíîìó ðîç÷èííèêó.
̳æ òèì, êîíöåíòðàö³ÿ á³ëê³â ó ìåìáðàí³ º íàñò³ëüêè
çíà÷íîþ, ùî â ñåðåäíüîìó ëèøå äåê³ëüêà øàð³â ë³ï³-
ä³â ìîæóòü îòî÷óâàòè ìîëåêóëó á³ëêà. Ìîäåëü «ë³-
ï³äíî¿ îáîëîíêè» ïðîïîíóº ìåõàí³çì îðãàí³çàö³¿ ë³-
ï³äíèõ ñòðóêòóð ïðè âçàºìî䳿 ç á³ëêàìè [17]. Òóò
êëþ÷îâó îðãàí³çàö³éíó ðîëü â³äâîäÿòü ³íòåãðàëüíèì
á³ëêàì, ùî ñòðóêòóðóþòü îòî÷óþ÷³ ë³ï³äè (ðèñ. 2).
Ìåòîäè ìåìáðàííèõ äîñë³äæåíü, çàñíîâàí³ íà
êîíöåïö³¿ äâîâèì³ðíîñò³. Á³îõ³ì³÷í³ ìåòîäè. Âè-
ä³ëåííÿ ³ õàðàêòåðèñòèêà ôðàêö³é, íåðîç÷èííèõ ó
íå³îííèõ äåòåðãåíòàõ. Äåç³íòåãðàö³ÿ æèâèõ êë³òèí ³
ôðàêö³îíóâàííÿ ¿õí³õ êîìïîíåíò³â çàâæäè âèêëè-
êàþòü áàãàòî ïèòàíü, îñê³ëüêè îäåðæàí³ íàäìîëå-
êóëÿðí³ êîìïëåêñè ìîæóòü íå â³äïîâ³äàòè òèì, ùî
³ñíóþòü ó æèâ³é êë³òèí³. Ïðîòå áàãàòî äîñë³äíèê³â
ÑÓ×ÀÑͲ ÓßÂËÅÍÍß ÏÐÎ ÑÒÐÓÊÒÓÐÓ ² ÄÈÍÀ̲ÊÓ Á²ÎËÎò×ÍÈÕ ÌÅÌÁÐÀÍ
25
Ðèñ. 1. гäèííî-ìîçà¿÷íà ìîäåëü ìåìáðàí. ²íòåãðàëüí³ á³ëêè õàî-
òè÷íî ðîçïîä³ëåí³ â ïëîùèí³ ìåìáðàíè – á³øàðîâî¿ ñòðóêòóðè,
ñôîðìîâàíî¿ ë³ï³äíèì êîìïîíåíòîì [1]
26
ââàæàº, ùî ñàìå ìàëîðîçì³ðí³ ôðàãìåíòè ìåìáðàí-
íèõ ñòðóêòóð, ÿê³ íå äåç³íòåãðóþòüñÿ â ðîç÷èíàõ íå-
³îííèõ äåòåðãåíò³â, ìàþòü âëàñòèâîñò³ ðàôò³â [16,
18]. Òàê³ ñò³éê³ äî 䳿 äåòåðãåíò³â ìåìáðàíí³ ôðàêö³¿
ä³éñíî ì³ñòÿòü ï³äâèùåí³ êîíöåíòðàö³¿ ñô³íãîë³ï³-
ä³â, ôîðìóþ÷èõ ðàôòè, ³ õîëåñòåðîëó, à òàêîæ çíà÷-
íó ê³ëüê³ñòü ³íòåãðàëüíèõ á³ëê³â ìåìáðàí. Îäíàê
ñîëþá³ë³çóâàëüíà ä³ÿ íå³îííèõ äåòåðãåíò³â, òàêèõ
ÿê òðèòîí Õ-100, íå îáìåæóºòüñÿ ôðàãìåíòàö³ºþ
ìåìáðàí. Òóò ìîæå â³äáóâàòèñÿ ³ çì³íà ñêëàäó òà
âëàñòèâîñòåé ìåìáðàííèõ ôðàãìåíò³â [15]. Îñê³ëü-
êè ÷àñ æèòòÿ ðàôò³â ïîñòóëþºòüñÿ â ìåæàõ ì³ë³ñå-
êóíä, íåçðîçóì³ëî, ÿê âîíè ìîæóòü çáåð³ãàòè ñâî¿
âëàñòèâîñò³ ï³ä ÷àñ âèä³ëåííÿ ³ ìàí³ïóëÿö³¿ ç íèìè.
Ìàí³ïóëÿö³¿ ç âì³ñòîì õîëåñòåðîëó. Õîëåñòåðîë
º íåîáõ³äíèì êîìïîíåíòîì ïðè óòâîðåíí³ ðàôò³â,
òîìó âàæëèâó ³íôîðìàö³þ ïðî ñòðóêòóðíó ³ ôóíê-
ö³îíàëüíó ðîëü îñòàíí³õ ìîæíà îäåðæàòè, ñïîñòå-
ð³ãàþ÷è åôåêòè âèäàëåííÿ õîëåñòåðîëó ç ìåìáðàí
êë³òèí [19]. Ïðîñòèì ïðèéîìîì º ³íêóáàö³ÿ êóëüòè-
âîâàíèõ êë³òèí ç ìåòèë-�-öèêëîäåêñòðèíîì, ÿêèé
õî÷à é íå ðåàãóº ç êë³òèííîþ ìåìáðàíîþ, îäíàê «âè-
ìèâົ ç íå¿ õîëåñòåðîë, ôîðìóþ÷è ç íèì êîìï-
ëåêñ. Ïðîòå ö³ ðåçóëüòàòè ìàþòü ñïðèéìàòèñÿ ç îáå-
ðåæí³ñòþ, îñê³ëüêè ðîëü õîëåñòåðîëó â ìåìáðàíàõ
íå îáìåæóºòüñÿ ñòðóêòóðîóòâîðåííÿì [20].
ijÿ ìåìáðàíîòðîïíèõ ôàêòîð³â. Áàãàòî ðå÷îâèí
ïðèðîäíîãî ³ ñèíòåòè÷íîãî ïîõîäæåííÿ çäàòí³ âêëþ-
÷àòèñÿ â á³îìåìáðàíè ³ ìîäèô³êóâàòè ¿õí³ âëàñòè-
âîñò³. Ö³êàâîþ º ä³ÿ äîâãîëàíöþãîâèõ ïîë³íåíàñè-
÷åíèõ æèðíèõ êèñëîò (òèïó Îìåãà 3), ÿê³ çá³ëüøó-
þòü êëàñòåðîóòâîðåííÿ â õîëåñòåðîë-çàëåæíèõ ì³ê-
ðîäîìåíàõ ìåìáðàí [21].
Ââåäåííÿ ð³çíîìàí³òíèõ ì³òîê ³ çîíä³â. Ïîøèðå-
íèì íà ñüîãîäí³ º ââåäåííÿ â ìåìáðàíè ôëóîðåñ-
öåíòíèõ ì³òîê ³ çîíä³â [22–24]. Çîêðåìà, öå êîâàëåíò-
íå ì³÷åííÿ åêñïîíîâàíèõ íà êë³òèíí³é ïîâåðõí³ äî-
ìåí³â ³íòåãðàëüíèõ á³ëê³â òà âêëþ÷åííÿ â ìåìáðàíó
ì³÷åíèõ ë³ï³ä³â àáî ôëóîðåñöåíòíèõ çîíä³â ç ïîä³á-
íèìè äî ë³ï³ä³â àìô³ô³ëüíèìè âëàñòèâîñòÿìè. Òåñ-
òóâàííÿ òàêèõ ì³÷åíèõ ë³ï³ä³â íà ìîäåëüíèõ ôîñôî-
ë³ï³äíèõ âåçèêóëàõ º íåîáõ³äíèì, îñê³ëüêè ïðèºä-
íàííÿ äî ë³ï³ä³â ôëóîðåñöåíòíî¿ ãðóïè ÷àñòî çì³íþº
ñïåöèô³êó âáóäîâóâàííÿ â L0- ÷è Lb-ôàçó ìåìáðàí
[23]. Ðîçðîáëåíî ñåð³þ ôëóîðåñöåíòíèõ àíàëîã³â
õîëåñòåðîëó [24]. Ç âèêîðèñòàííÿì ìîëåêóëÿðíîãî
äèçàéíó âäàºòüñÿ íå ëèøå âèâ÷àòè ðîçïîä³ë ôëóî-
ðåñöåíòíèõ ìîëåêóë ó ìåìáðàí³, à é ïîì³ñòèòè ôëóî-
ðåñöåíòíó ãðóïó â ìåìáðàíó íà ïåâí³é ãëèáèí³ ³ â
ïîòð³áí³é îð³ºíòàö³¿ [25].
Øèðîêî çàñòîñîâóþòü ôëóîðåñöåíòíî ì³÷åí³ ðå-
êîìá³íàíòí³ ôðàãìåíòè àíòèò³ë. Êîìá³íàö³ÿ ìåòîä³â
ì³÷åííÿ ç ðåºñòðàö³ºþ ðåçîíàíñíîãî ïåðåíåñåííÿ
åíåð㳿 äîçâîëÿº âèçíà÷àòè âçàºìíó ëîêàë³çàö³þ ð³ç-
íèõ á³ëêîâèõ ³ ë³ï³äíèõ êîìïîíåíò³â ³, çîêðåìà, ³äåí-
òèô³êóâàòè ðàôòè [26].
Á³îô³çè÷í³ ìåòîäè. Ïðè âèâ÷åíí³ êë³òèííèõ
ìåìáðàí ÷àñòî âèêîðèñòîâóþòü ïðèíöèï äâîâèì³ð-
íîãî êîíòðàñòó [27]. Ñåðåä îïòè÷íèõ ìåòîä³â íàé-
ïîïóëÿðí³øèìè º ìåòîäè ôëóîðåñöåíö³¿, ùî äàþòü
ìîæëèâ³ñòü äîñÿãàòè âèñîêî¿ ÷óòëèâîñò³ ïðè îäåð-
æàíí³ çîáðàæåíü ³ç çàñòîñóâàííÿì ñó÷àñíèõ ìåòî-
ä³â ì³êðîñêîﳿ – êîíôîêàëüíî¿, äâîôîòîííî¿ òà åâà-
íåñöåíòíî-õâèëüîâî¿ (evanescent-wave). Ïðîòå ðîç-
ä³ëüíà çäàòí³ñòü çàçíà÷åíèõ ìåòîä³â ë³ì³òóºòüñÿ
ÿâèùåì äèôðàêö³¿ ñâ³òëà ³ íå ìîæå áóòè âèùîþ çà
�200 íì, à ðîçì³ðè ôîêàëüíî¿ ïëîùèíè íå ïîâèíí³
áóòè ìåíøèìè, í³æ 500 íì. Çàñòîñóâàííÿ íîâèõ
ô³çè÷íèõ ïðèíöèï³â ³ ïðîãðåñ ó ïðèëàäîáóäóâàíí³
äîçâîëÿþòü îá³éòè öå îáìåæåííÿ [28–30], îäíàê ùå
íåðåàëüíî äîñÿãòè ðîçä³ëåííÿ, ÿêå á ïåðåâèùóâàëî
òîâùèíó ìåìáðàíè – 3–5 íì.
Äîñë³äæåííÿ á³îìåìáðàí ñòèìóëþâàëè ðîçâè-
òîê ³ á³ëüø ñïåöèô³÷íèõ ï³äõîä³â, ÿê³ óìîâíî ìîæíà
ïîä³ëèòè íà ìåòîäè, ùî íàäàþòü ñòàòèñòè÷íî óñå-
ðåäíåíó ³íôîðìàö³þ ïðî ðóõ ì³÷åíèõ íàíîîá’ºêò³â
(FRAP), äîçâîëÿþòü àíàë³çóâàòè ¿õí³é îêðåìèé ðóõ
(SDT ³ SPT), à òàêîæ ¿õíþ âçàºìîä³þ íà â³äñòàí³
(FRET) [27, 31].
ÄÅÌ×ÅÍÊÎ Î. Ï.
Ðèñ. 2. Îäíà ³ç ñõåì, ùî â³äîáðàæຠñó÷àñíå óÿâëåííÿ ïðî ñòðóêòó-
ðó ìåìáðàíè. Ïîðÿä ç ãåòåðîãåííèì ë³ï³äíèì êîìïîíåíòîì ïîêà-
çàí³ äîñèòü ù³ëüíî ðîçòàøîâàí³ ³íòåãðàëüí³ á³ëêè. Ãë³êàíîâ³ êîìïî-
íåíòè (âãîð³) âèñòóïàþòü íà ïîâåðõí³ êë³òèíè, à ïîë³ìåðí³ òÿæ³ (âíè-
çó) ³ëþñòðóþòü ñïðÿæåí³ ç ìåìáðàíîþ åëåìåíòè öèòîñêåëåòó [64]
³äíîâëåííÿ ôëóîðåñöåíö³¿ ï³ñëÿ ôîòîâèöâ³òàí-
íÿ (Fluorescence Recovery After Photobleaching, FRAP).
Ìåòîä äຠìîæëèâ³ñòü âèçíà÷èòè øâèäê³ñòü äèôó-
糿 ôëóîðåñöåíòíî ì³÷åíèõ ìîëåêóë ó ïëîùèí³ ìåìá-
ðàíè [27]. ²íòåíñèâíèé ëàçåðíèé ïðîì³íü ôîêóñó-
ºòüñÿ íà ìàë³é ä³ëÿíö³ ïîâåðõí³ ìåìáðàíè ³ âèêëè-
êຠâèöâ³òàííÿ (íåçâîðîòíó ôîòîõ³ì³÷íó ³íàêòèâà-
ö³þ) îñâ³òëåíèõ ì³òîê. Äàë³ çîíäóþ÷èé ïðîì³íü íèçü-
êî¿ ³íòåíñèâíîñò³ îñâ³òëþº òîé æå îá’ºì ³ âæå ìîæ-
íà ñïîñòåð³ãàòè çðîñòàííÿ ³íòåíñèâíîñò³ ôëóîðåñ-
öåíö³¿ çà ðàõóíîê äèôóç³éíîãî âõîäæåííÿ â íüîãî
íå³íàêòèâîâàíèõ ì³÷åíèõ ìîëåêóë. Àíàë³ç òàêî¿ ê³-
íåòèêè äîçâîëÿº âèçíà÷èòè êîåô³ö³ºíò òðàíñëÿö³é-
íî¿ äèôó糿 ì³÷åíèõ ìîëåêóë àáî ÷àñòèíîê.
Áàãàòîð³÷íå çàñòîñóâàííÿ öüîãî ï³äõîäó âèÿ-
âèëî éîãî ³ñòîòí³ íåäîë³êè. Ìåìáðàíà ìóñèòü áóòè
íåïîðóøíîþ, à ïðîöåñ çàïîâíåííÿ äîñë³äæóâàíîãî
îá’ºìó ìຠáóòè äèôóç³éíèì, òîä³ ðåçóëüòàò íå çàëå-
æàòèìå â³ä ðîçì³ðó îñâ³òëåíîãî îá’ºìó. Âñòàíîâ-
ëåííÿ ïîä³áíî¿ çàëåæíîñò³ [27] âêàçóº íà òå, ùî äè-
íàì³êà ìîçà¿÷íèõ ñòðóêòóð ó ìåìáðàíàõ íå ï³äëÿ-
ãຠçàêîíó ïðîñòî¿ äèôó糿.
Òðåêè ïîîäèíîêèõ ìîëåêóë ³ ÷àñòèíîê (Single Dye
Tracking, SDT; Single Particle Tracking, SPT). Çàñòî-
ñóâàííÿ öèõ ìåòîä³â äîçâîëÿº ïðÿìå ñïîñòåðåæåí-
íÿ äèôó糿 ìîëåêóë ³ ÷àñòèíîê òà º àëüòåðíàòèâîþ
FRAP [27]. Íà â³äì³íó â³ä îñòàííüîãî ñèãíàë ôëóî-
ðåñöåíö³¿ íå óñåðåäíþºòüñÿ çà àíñàìáëåì âèïðîì³-
íþþ÷èõ ìîëåêóë, à ô³êñóºòüñÿ ¿õí³é ïîîäèíîêèé ðóõ.
Ó SPT âèêîðèñòîâóþòü àíòèò³ëà ïðîòè ìåìáðàííîãî
á³ëêà, íàâàíòàæåí³ ôëóîðåñöåíòíèìè íàíî÷àñòèíêà-
ìè àáî ÷àñòèíêàìè êîëî¿äíîãî çîëîòà, ùî ðîçñ³þþòü
ñâ³òëî. ²ç ñå𳿠çîáðàæåíü, îòðèìàíèõ ó ÷àñîâîìó âè-
ì³ð³, îá÷èñëþþòü òðàºêòîð³þ ðóõó ³ êîåô³ö³ºíò äè-
ôó糿. Ïðîòå ñóòòºâèì íåäîë³êîì º çíà÷íèé ðîçì³ð
íàíî÷àñòèíîê. Ðîçâèòîê åêñïåðèìåíòàëüíî¿ òåõí³êè
äຠìîæëèâ³ñòü ñë³äêóâàòè çà ðóõîì ïîîäèíîêèõ ìî-
ëåêóë [32], à òàêîæ âèêîðèñòîâóâàòè îðãàí³÷í³ áàðâ-
íèêè ³ àíàëîãè çåëåíîãî ôëóîðåñöåíòíîãî á³ëêà.
Ôëóîðåñöåíòíà êîðåëÿö³éíà ñïåêòðîñêîï³ÿ (Fluo-
rescence Correlation Speñtrosñopy (FCS). Ïðè îñâ³ò-
ëåíí³ äóæå ìàëîãî îá’ºìó (� 1 ôë) ðåºñòðóºòüñÿ
ôëóêòóàö³ÿ ôîòîí³â, ÿêà âèíèêຠïðè âõîäæåíí³ ³
âèõîä³ ç íüîãî îêðåìèõ ìîëåêóë [33]. Ñïîñòåð³ãàþ-
÷è çà öèì ðóõîì ó ÷àñ³, ìîæíà îäåðæàòè àâòîêîðå-
ëÿö³éíó ôóíêö³þ, ùî äຠçìîãó îö³íèòè êîåô³ö³ºíò
äèôó糿. ×óòëèâ³ñòü öüîãî ìåòîäó íåçíà÷íà ùîäî ïî-
â³ëüíîãî ðóõó âåëèêèõ á³ëêîâèõ ìîëåêóë, îäíàê äî-
çâîëÿº îäåðæàòè âàæëèâó ³íôîðìàö³þ ïðî õàðàêòåð
äèôóç³éíèõ ïðîöåñ³â çàâäÿêè âàð³àö³ÿì ðîçì³ðó
îñâ³òëåíîãî îá’ºìó [27, 33, 34].
Ðåçîíàíñíå ïåðåíåñåííÿ åíåð㳿 åëåêòðîííîãî
çáóäæåííÿ (Forster Resonance Energy Transfer (FRET).
Öåé ìåòîä íå ïðèâ’ÿçàíèé äî ïåâíîãî îá’ºìó ³ º ÷óò-
ëèâèì äî âçàºìî䳿 ì³æ îêðåìèìè ìîëåêóëàìè [35].
ßêùî äâ³ ì³÷åí³ ìîëåêóëè çíàõîäÿòüñÿ íà áëèçüê³é
â³äñòàí³ (ó ìåæàõ äî � 0,5–1 íì), òî ïðè îïòè÷íîìó
çáóäæåíí³ îäí³º¿ ìîëåêóëè (äîíîðà) åíåðã³ÿ çáóä-
æåííÿ ìîæå ïåðåäàâàòèñÿ äî ³íøî¿ ìîëåêóëè (àê-
öåïòîðà), ïðè öüîìó â³äáóâàºòüñÿ çì³íà êîëüîðó ³
ïîëÿðèçàö³¿ ôëóîðåñöåíö³¿. Òàêèì ÷èíîì, º ìîæëè-
â³ñòü îö³íèòè â³äñòàíü ì³æ äîíîðîì ³ àêöåïòîðîì.
Àêöåïòîð íå çàâæäè âèïðîì³íþº ôëóîðåñöåíö³þ, â
òàêîìó ðàç³ FRET ðåºñòðóâàòèìåòüñÿ ÿê ïàä³ííÿ ÷à-
ñó æèòòÿ ôëóîðåñöåíö³¿ äîíîðà [36, 37]. FRET ç ì³-
÷åííÿì ìåìáðàííèõ êîìïîíåíò³â øèðîêî âèêîðè-
ñòîâóþòü ó ôëóîðåñöåíòí³é ì³êðîñêîﳿ êë³òèí [38].
Âàðòî íàãîëîñèòè, ùî ãðàíè÷íà ðîçä³ëüíà çäàò-
í³ñòü îïèñàíèõ ìåòîä³â, ÿê³ çàñòîñîâóþòü ôëóîðåñ-
öåíòíó ì³êðîñêîï³þ (200–500 íì), íà äâà ïîðÿäêè
íèæ÷à, í³æ òîâùèíà ìåìáðàí, òîìó îñòàíí³ ÷åðåç
ïðèçìó öèõ ìåòîä³â âèãëÿäàþòü ÿê äâîâèì³ðí³
ñòðóêòóðè. Öå ñòîñóºòüñÿ ³ FRET [39]. ³äñòàíü ì³æ
äîíîðîì ³ àêöåïòîðîì ìîæå áóòè ìåíøîþ çà 1 íì,
ïðîòå ïîëîæåííÿ ö³º¿ ïàðè ç òàêîþ òî÷í³ñòþ âè-
çíà÷èòè íå ìîæíà.
Ô³çè÷íå ìîäåëþâàííÿ âçàºìîä³é ó ìåìáðàíàõ.
Ô³çè÷íà òåîð³ÿ æîäíèì ÷èíîì íå ïîÿñíþº ð³âíî-
âàæíîãî ñï³â³ñíóâàííÿ äèíàì³÷íèõ íàíîðîçì³ðíèõ
ôàç. Ó ìîäåëüíèõ ìåìáðàíàõ âçàºìîä³ÿ L0–Ld-ôàç
ïðèçâîäèòü äî ôàçîâîãî ðîçøàðóâàííÿ ç óòâîðåí-
íÿì êëàñòåð³â çíà÷íî¿ âåëè÷èíè [40]. ×îìó æ öüîãî
íå â³äáóâàºòüñÿ ó ìåìáðàíàõ æèâèõ êë³òèí? Àäæå
äîìåíè ðîçì³ðîì ìåíøå 200 íì – öå âåëèêà ³íòåð-
ôàçíà ïîâåðõíåâà åíåðã³ÿ. ²ñíóº áàãàòî ïîÿñíåíü,
àëå æîäíå ç íèõ íå º çàäîâ³ëüíèì [41]. Ïðîáëåìà ïî-
ëÿãຠó òîìó, ùî ëàòåðàëüíà âçàºìîä³ÿ ë³ï³ä³â äî-
ñèòü ñëàáêà, ùîá óòðèìóâàòè òàêå òîíêå ðîçä³ëåííÿ
ôàç. Ñòàá³ë³çàö³ÿ ¿õ á³ëêàìè íå ìîæå áóòè åôåêòèâ-
íîþ ÷åðåç ðóõëèâå ë³ï³äíå îòî÷åííÿ. Íàéíåçðîçóì³-
ë³øîþ º äèíàì³êà êëàñòåð³â, çîêðåìà, ¿õíÿ àñîö³à-
ö³ÿ ïðè ñòèìóëÿö³¿ ðåöåïòîðíèõ á³ëê³â. Òîìó ç’ÿâè-
ÑÓ×ÀÑͲ ÓßÂËÅÍÍß ÏÐÎ ÑÒÐÓÊÒÓÐÓ ² ÄÈÍÀ̲ÊÓ Á²ÎËÎò×ÍÈÕ ÌÅÌÁÐÀÍ
27
ëàñÿ ã³ïîòåçà ïðî òå, ùî âåëèê³ ðàôòè ïîñò³éíî ³í-
òåðíàë³çóþòüñÿ êë³òèííèìè ìåõàí³çìàìè ³ çàì³íþ-
þòüñÿ íà ìåíø³ [42].
Çâàæàþ÷è íà â³äñóòí³ñòü ó ñó÷àñíîìó åêñïåðè-
ìåíò³ ìîæëèâîñò³ îäåðæàòè ñòðóêòóðíî-äèíàì³÷íó
³íôîðìàö³þ ç óñ³ìà ìîëåêóëÿðíèìè äåòàëÿìè, äî-
ñë³äíèêè âåëèêó íàä³þ ïîêëàäàþòü íà ðîçâèòîê
êîìï’þòåðíèõ ìåòîä³â äîñë³äæåííÿ ìîëåêóëÿðíî¿
äèíàì³êè. Çíà÷íà ñêëàäí³ñòü ñèñòåì âèìàãຠíåçä³é-
ñíåííî âåëèêèõ ìàñèâ³â îá÷èñëåíü, òîìó çàïðîïî-
íîâàí³ ³ ðîçâèâàþòüñÿ ñïðîùåí³ «ãðóáîçåðíèñò³»
ìîäåë³ [43].
Äîñë³äæåííÿ ìåìáðàííèõ ñòðóêòóð ð³çíî¿
ñêëàäíîñò³. Ôîñôîë³ï³äí³ á³øàðîâ³ ñòðóêòóðè. Ìà-
òåð³àëîì äëÿ ïîáóäîâè ìåìáðàí ñëóãóþòü ôîñôî-
ë³ï³äí³ á³øàðîâ³ ñòðóêòóðè, òîìó ïðåäìåòîì äîñë³ä-
æåííÿ ñòàëè ïëàñê³ á³øàðè íà ï³äêëàäö³, à òàêîæ
ìåìáðàíí³ âåçèêóëè âåëèêîãî ðîçì³ðó [40]. Ó òàêèõ
ñòðóêòóðàõ ìîæíà â øèðîêèõ ìåæàõ âàð³þâàòè ë³ï³ä-
íèé ñêëàä ³ ñïîñòåð³ãàòè çì³íè ô³çè÷íèõ âëàñòèâîñòåé
ìåìáðàí. Çà íèçüêèõ òåìïåðàòóð ôîñôîë³ï³äè óòâî-
ðþþòü òâåðäó àáî ãåëüîâó (S0) ôàçó, à çà ï³äâèùåíî¿
òåìïåðàòóðè â³äáóâàºòüñÿ ïåðåõ³ä äî «ð³äêî¿» ôàçè
(Ld) ç íåâïîðÿäêîâàíèì ðîçòàøóâàííÿì ³ øâèäêîþ
äèíàì³êîþ ñåãìåíò³â àöèëüíèõ ëàíöþã³â. Îäíàê çà
ïðèñóòíîñò³ â äîñòàòí³é ê³ëüêîñò³ õîëåñòåðîëó ìîæå
áóòè óòâîðåíà òàê çâàíà «ð³äêà âïîðÿäêîâàíà» (L0)
ôàçà, äëÿ ÿêî¿ õàðàêòåðíà âèñîêà âïîðÿäêîâàí³ñòü
ëàíöþã³â (ÿê ó S0-ôàç³), àëå é äîñèòü âèñîêà òðàíñ-
ëÿö³éíà ðóõëèâ³ñòü ìîëåêóë (ìàéæå ÿê ó Ld-ôàç³).
Îñê³ëüêè L0- ³ Ld-ôàçè ìîæóòü ñï³â³ñíóâàòè, óòâîðþ-
þ÷è îñòð³âö³ îäí³º¿ ôàçè â ³íø³é, âèíèêëî ïðèïó-
ùåííÿ ñòîñîâíî ñòðóêòóðíî¿ â³äïîâ³äíîñò³ L0-ôàçè
òèì âïîðÿäêîâàíèì ì³êðîäîìåíàì, ÿê³ ïðèñóòí³ â
ïðèðîäíèõ ìåìáðàíàõ ³ îäåðæàëè íàçâó «ðàôòè»
[14]. Îäíàê º äîñòàòíüî ï³äñòàâ äëÿ êðèòèêè ïîä³áíî-
ãî ïðèïóùåííÿ, çîêðåìà, ôàçîâ³ ïåðåòâîðåííÿ ç òðüîõ
ë³ï³äíèõ êîìïîíåíò³â âàæêî ç³ñòàâèòè ³ç ñèòóàö³ºþ â
ïðèðîäíèõ ìåìáðàíàõ, äå öèõ êîìïîíåíò³â ñîòí³. À
÷èì á³ëüøå êîìïîíåíò³â, òèì ìåíø âèðàæåíèìè ìà-
þòü áóòè ôàçîâ³ ïåðåõîäè. Ïðèíöèïîâèì àðãóìåí-
òîì ìຠáóòè é òå, ùî ä³ëÿíêè L0-ôàçè â ë³ï³äíèõ á³-
øàðàõ º äîñèòü çíà÷íîãî ðîçì³ðó, ó òîé ÷àñ ÿê ðàôòè
â ïðèðîäíèõ ìåìáðàíàõ íå äîñÿãàþòü ñîòåíü íàíî-
ìåòð³â. Òà é äèôóç³ÿ ë³ï³ä³â â³äáóâàºòüñÿ òóò ó 5–100
ðàç³â øâèäøå, í³æ ó ïðèðîäíèõ ìåìáðàíàõ [40].
Îêð³ì ðàôò³â, çíà÷íó óâàãó äîñë³äíèê³â ïðèâåð-
òຠ³ñíóâàííÿ òàê çâàíèõ öåðàì³äíèõ ì³êðîäîìåí³â
[44], ÿê³ óòâîðþþòüñÿ âíàñë³äîê àñîö³àö³¿ õîëåñòå-
ðîëó ç öåðàì³äàìè – ïðîäóêòàìè ôåðìåíòíîãî ðîç-
ùåïëåííÿ ñô³íãî쳺ë³íó (SM). Ââàæàþòü, ùî òàê³
ñòðóêòóðè ëîêàë³çóþòüñÿ â êë³òèíàõ, ñòâîðþþòüñÿ
ñô³íãî쳺ë³íàçîþ ³ ìàþòü ñèãíàëüí³ âëàñòèâîñò³.
Á³ëêîâî-ìåìáðàíí³ êîìïëåêñè. Ìåìáðàíí³ á³ë-
êè ï³ñëÿ ïîïåðåäíüîãî âèä³ëåííÿ ³ î÷èùåííÿ ìîæíà
âáóäîâóâàòè ó ôîñôîë³ï³äí³ á³øàðè. Âîíè íå ëèøå
ñòâîðþþòü íàâêîëî ñåáå îáîëîíêó ç íàéàô³íí³øèõ
ë³ï³ä³â, àëå é ìàþòü çäàòí³ñòü çì³íþâàòè õàðàêòåð
ôàç L0 /Ld. ßê ïîêàçàíî äëÿ á³ëêà N-ras [45], á³ëêè ìî-
æóòü ëîêàë³çóâàòèñÿ â ³íòåðôàç³ ì³æ L0 ³ Ld, çìåíøó-
þ÷è åôåêòè ïîâåðõíåâîãî íàòÿãó ì³æ íèìè. Ïåïòè-
äè ³ á³ëêè çäàòí³ ³íäóêóâàòè ñòâîðåííÿ ðàôò³â ó òà-
êèõ ñèñòåìàõ [46]. Ïðîòå ³ñíóþòü åêñïåðèìåíòàëü-
í³ ñâ³ä÷åííÿ òîãî, ùî á³ëêè, âèä³ëåí³ ç ðàôò³â, âáó-
äîâóþòüñÿ ó ôîñôîë³ï³äíèõ ìåìáðàíàõ çîâñ³ì íå â
ôàçó L0, à â íåâïîðÿäêîâàíó Ld-ôàçó [47]. Öå âèêëè-
êຠçàñòåðåæåííÿ ïðè àíàë³ç³ ðåçóëüòàò³â ïîä³áíèõ
äîñë³äæåíü.
Âåçèêóëè ç ïðèðîäíèõ êîìïîíåíò³â á³îìåìáðàí.
Îñê³ëüêè ôîñôîë³ï³äí³ á³øàðè ³ ìàí³ïóëÿö³¿ ç íèìè
÷åðåç âêëþ÷åííÿ íîâèõ ë³ï³äíèõ ³ á³ëêîâèõ êîìïî-
íåíò³â çàçíàþòü ñóòòºâîãî ñïðîùåííÿ, íàðàç³ ñòâî-
ðþþòü âåçèêóëè ç ïðèðîäíèõ êë³òèííèõ ìåìáðàí.
Òàê³ äîñë³äæåííÿ ïðîâîäÿòü ³ç çàñòåðåæåííÿì, ùî
äîñèòü æîðñòê³ ìåòîäè îäåðæàííÿ öèõ îá’ºêò³â, íà-
ïðèêëàä, âèêîðèñòàííÿ ôîðìàëüäåã³äó, çäàòí³ âïëè-
íóòè íà ¿õí³é ñêëàä ³ âëàñòèâîñò³ [48]. Ïîêàçàíî, ùî
â îòðèìàíèõ âåçèêóëàõ ìîæíà ñïîñòåð³ãàòè ðîçä³-
ëåííÿ ôàç, ÿê ³ â ìîäåëüíèõ ôîñôîë³ï³äíèõ á³øàðî-
âèõ ñòðóêòóðàõ [49]. Ñòâîðþþ÷è ïåâíèé ôàçîâèé
ñòàí, ö³ ä³ëÿíêè ñòðóêòóðè ñïðîìîæí³ ñïåöèô³÷íî
çâ’ÿçóâàòè ïåâí³ á³ëêè. Íà îñíîâ³ ñïîñòåðåæåíü çà
çàëåæí³ñòþ âëàñòèâîñòåé öèõ ñòðóêòóð â³ä òåìïåðà-
òóðè âèñóíóòî ³äåþ ùîäî ³ñíóâàííÿ çà ô³ç³îëîã³÷-
íèõ óìîâ êðèòè÷íî¿ îáëàñò³ äëÿ ñï³â³ñíóâàííÿ îê-
ðåìèõ ôàç [50].
Ìåìáðàíè ïðè äîñë³äæåíí³ æèâèõ êë³òèí. Ìå-
òîäàìè FRAP i FCS â åêñïåðèìåíòàõ íà êë³òèíàõ
âñòàíîâëåíî çíà÷íó â³äì³íí³ñòü òðàíñëÿö³éíîãî ðó-
õó ì³÷åíèõ ìåìáðàííèõ á³ëê³â â³ä â³ëüíî¿ äèôó糿
[3], ùî âêàçóº íà ³ñòîòí³ ïåðåøêîäè. Îäíàê öèìè
ìåòîäàìè, ÿê³ ìàþòü ïðîñòîðîâó ðîçä³ëüíó çäàò-
ÄÅÌ×ÅÍÊÎ Î. Ï.
28
í³ñòü ìåíøó, í³æ ðîçì³ð ì³êðîäîìåí³â, íå ìîæíà
âèçíà÷èòè ìîëåêóëÿðíî¿ îðãàí³çàö³¿ îñòàíí³õ. Çîê-
ðåìà, íå âäàºòüñÿ â³äïîâ³ñòè íà ïèòàííÿ, ÿêîþ º ë³-
ï³äíà îáîëîíêà ³íòåãðàëüíîãî á³ëêà ³ ÿê òàêèé êîì-
ïëåêñ âêëþ÷àºòüñÿ â ðàôò [51]. ̳æ òèì, òàê³ ðå-
çóëüòàòè îäíîçíà÷íî çàñâ³ä÷óþòü ³ºðàðõ³÷íó îðãà-
í³çàö³þ ì³êðîäîìåí³â ³ äèíàì³÷íèé õàðàêòåð ¿õíüî-
ãî ôîðìóâàííÿ ³ ðîçïàäó [6] òà íàÿâí³ñòü äåê³ëüêîõ
òèï³â ì³êðîäîìåí³â ç ð³çíèì âêëþ÷åííÿì ôëóîðåñ-
öåíòíèõ àíàëîã³â ë³ï³ä³â.
гçí³ êë³òèíè ðåàãóþòü íà çîâí³øíº ïîäðàçíåí-
íÿ ñåãðåãàö³ºþ ñâî¿õ ðåöåïòîð³â, òîáòî ¿õí³ì çáèðàí-
íÿì â îäí³é ³ç ä³ëÿíîê ìåìáðàíè (capping). Íàïðèê-
ëàä, òàêå â³äáóâàºòüñÿ ïðè çâ’ÿçóâàíí³ ïîë³âàëåíò-
íèõ àíòèò³ë, äîñë³äæåíîìó íà ë³ìôîöèòàõ [52], òà
ïðè âçàºìî䳿 ìåìáðàííèõ ãàíãë³îçèä³â ç ë³ãàíäàìè
[53]. Ìåìáðàíí³ ðåöåïòîðè ñòðóêòóðóþòüñÿ, ñòâî-
ðþþ÷è êîíöåíòðàö³éí³ ãðà䳺íòè ó ñâîºìó ðóñ³.
Öåé ïðîöåñ âæå íå ìîæíà çðîçóì³òè, âèõîäÿ÷è ç äâî-
âèì³ðíîñò³ ìåìáðàíè.
Îòæå, ðåçóëüòàòè åêñïåðèìåíò³â îñòàííüîãî ÷à-
ñó âñå á³ëüøå â³ääàëÿþòü íàñ â³ä êîëèñü ðåâîëþ-
ö³éíî¿ ð³äèííî-ìîçà¿÷íî¿ ìîäåë³ Ñ³íãåðà-ͳêîëñî-
íà. Íå ìîæíà ñòâåðäæóâàòè, ùî âîíà çîâñ³ì íå â³ð-
íà, àäæå â í³é ïîñòóëþºòüñÿ âèñîêèé ð³âåíü ìîëå-
êóëÿðíî¿ äèíàì³êè ó ìåìáðàíàõ, ÿêó åêñïåðèìåíò
ï³äòâåðäæóº. Ïðîòå öÿ äèíàì³êà ñóòòºâî â³äð³çíÿ-
ºòüñÿ â³ä áðîóí³âñüêî¿ äèôó糿. Ìîçà¿÷í³ñòü ñòðóê-
òóðè ³ ³ºðàðõ³÷íèé õàðàêòåð òàêî¿ ìîçà¿êè âèÿâëÿ-
þòüñÿ íàéâàæëèâ³øèìè âëàñòèâîñòÿìè ìåìáðàí.
²ñíóþ÷³ ìîäåë³ îïåðóþòü äâîâèì³ðíèìè êîîð-
äèíàòàìè ó ïëîùèí³ ìåìáðàíè. Á³îô³çè÷í³ ìåòîäè
äîñë³äæåííÿ, ÿê³ íàéøèðøå âèêîðèñòîâóþòü ïðè
âèâ÷åíí³ ÿê æèâèõ êë³òèí, òàê ³ ð³çíèõ ìåìáðàííèõ
ìîäåëåé, íàäàþòü á³ëüøîþ ì³ðîþ äâîâèì³ðíó ³í-
ôîðìàö³þ (òðàíñëÿö³éíèé ðóõ ìåìáðàííèõ êîìïî-
íåíò³â òà ¿õíÿ âçàºìîä³ÿ â ïëîùèí³ ìåìáðàíè) [27].
Òîìó íàéàêòóàëüí³øå ïèòàííÿ çâó÷èòü òàê: ÷è ìî-
æóòü ôóíêö³îíàëüíî çíà÷óù³ ïðîöåñè ó ìåìáðàí³
ìîäåëþâàòèñÿ ñòðóêòóðíî-äèíàì³÷íèìè çì³íàìè
ëèøå â ¿¿ ïëîùèí³? ßêùî òàê, òî íàâåäåí³ â ïîïåðåä-
í³õ ðîçä³ëàõ ðåçóëüòàòè, îäåðæàí³ íà ôîñôîë³ï³ä-
íèõ ìîäåëÿõ ³ âèä³ëåíèõ ìåìáðàíàõ, ìàþòü âåëèêó
ö³íí³ñòü. ßêùî í³, òî ¿õíÿ ö³íí³ñòü ì³í³ìàëüíà ³ âàð-
òî ñêîíöåíòðóâàòèñÿ íà ðîçâèòêó àäåêâàòíèõ ï³äõî-
ä³â äî äîñë³äæåííÿ æèâèõ êë³òèí.
Òðèâèì³ðí³ñòü ìåìáðàíè ÿê ñòðóêòóðíà îñíî-
âà ¿¿ ôóíêö³îíóâàííÿ. Îñíîâí³ ïî䳿 â êë³òèíí³é
ìåìáðàí³ â³äáóâàþòüñÿ íå â ¿¿ ïëîùèí³, à â íàïðÿì-
êó, ïåðïåíäèêóëÿðíîìó äî íå¿. Öå ³ ñèãíàëüíà ä³ÿ, ³
îáì³í ïðîäóêòàìè ìåòàáîë³çìó, ³ ñòâîðåííÿ ³îííèõ
ãðà䳺íò³â. гçí³ êëàñè îòî÷åíèõ ë³ï³äàìè á³ëê³â ðîç-
òàøîâàí³ â ìåìáðàí³ àñèìåòðè÷íî. Ôîòîñèíòåç ó
õëîðîïëàñòàõ ³ åíåðãåòè÷í³ ïðîöåñè â ì³òîõîíäð³ÿõ
ïîâ’ÿçàí³ ç òðàíñìåìáðàííèìè ïðîöåñàìè. Óñ³ ö³
ïðîöåñè âåêòîðí³ ³ âèñîêîñåëåêòèâí³, òîìó ââàæàòè
ìåìáðàíè äâîâèì³ðíèìè ïåðåãîðîäêàìè º âåëè-
÷åçíèì ñïðîùåííÿì. Íàéÿñêðàâ³øèì ï³äòâåðäæåí-
íÿì íåîáõ³äíîñò³ àíàë³çó òðèâèì³ðíîñò³ ìåìáðàíè
º ð³çíèé ë³ï³äíèé ñêëàä ìîíîøàð³â ó á³øàðîâ³é
ñòðóêòóð³, ¿õí³é íåîäíàêîâèé ïîâåðõíåâèé ïîòåí-
ö³àë, â³äì³ííîñò³ ó ì³öíîñò³ çâ’ÿçóâàííÿ ³îí³â ³ â
åíåð㳿 âçàºìî䳿 ç ìàêðîìîëåêóëàìè ³ íàäìîëåêó-
ëÿðíèìè ñòðóêòóðàìè.
Ìåòîäè âèâ÷åííÿ ñòðóêòóðíî¿ àñèìåò𳿠á³î-
ìåìáðàí. Çàâäÿêè àñèìåò𳿠â ðîçïîä³ë³ ë³ï³ä³â ì³æ
ìîíîøàðàìè äâ³ ïîâåðõí³ ìåìáðàíè ìàþòü ðîçá³æ-
íîñò³ ó á³îô³çè÷íèõ âëàñòèâîñòÿõ òà ó âèêîíàíí³
ñâî¿õ ôóíêö³é. Ðîçãëÿíåìî ìåòîäè âèâ÷åííÿ ë³ï³ä-
íîãî ñêëàäó ìîíîøàð³â ³ îäåðæàí³ ðåçóëüòàòè.
Âèä³ëåííÿ ìåìáðàííèõ ôðàêö³é ðàçîì ç á³ëêà-
ìè, ëîêàë³çîâàíèìè íà çîâí³øíüîìó àáî âíóòð³ø-
íüîìó ìîíîøàðàõ. Ó òàêèé ñïîñ³á ïîêàçàíî, ùî ð³ç-
í³ íå³îíí³ äåòåðãåíòè ïî-ð³çíîìó ñîëþá³ë³çóþòü
ìåìáðàíè ç âèä³ëåííÿì ðàôò³â [54]. Öå óçãîäæóºòü-
ñÿ ç ëîêàë³çàö³ºþ ôîñôàòèäèëåòàíîëàì³íó (ÐÅ) ó
âíóòð³øíüîìó ìîíîøàð³ ïëàçìàòè÷íèõ ìåìáðàí.
Õ³ì³÷íà ìîäèô³êàö³ÿ ³ ì³÷åííÿ. ̳÷åííÿ íà ïî-
âåðõí³ êë³òèí ë³ï³ä³â, ùî ì³ñòÿòü â³ëüí³ àì³íîãðóïè,
ÐÅ ³ ôîñôàòèäèëñåðèí (ÐS), çà äîïîìîãîþ ðåàãåí-
ò³â, ÿê³ íå ïðîíèêàþòü ó âíóòð³øí³é ìîíîøàð, â³ä-
áóâàºòüñÿ ïðîñòî ³ åôåêòèâíî [55, 56]. Íàéïîïó-
ëÿðí³øèì ³ç öèõ ðåàãåíò³â º òðèí³òðîáåíçîëñóëüôî-
íàò (TNBS). Âèêîðèñòàííÿ ìåòîä³â åëåêòðîííîãî
ïàðàìàãí³òíîãî ðåçîíàíñó (ÅÏÐ) ÷è ôëóîðåñöåíö³¿
âèìàãຠâ³äïîâ³äíîãî ì³÷åííÿ. Äëÿ ÅÏÐ – öå äîê-
ñèëüí³ ïîõ³äí³. ßêùî âîíè ïîòðàïëÿþòü íà ïîâåðõ-
íþ ìåìáðàíè, òî ìîæóòü â³äíîâëþâàòèñÿ àñêîðáà-
òîì [56]. Ïðè ôëóîðåñöåíòíîìó ì³÷åíí³ íàé÷àñ-
ò³øå âèêîðèñòîâóþòü áàðâíèê 7-í³òðîáåíç-2-îêñà-1-
�-3-ä³àçîë-4-³ë (NBD). ßêùî ãðóïà NBD åêñïîíî-
âàíà íà ïîâåðõí³, âîíà ìîæå áóòè â³äíîâëåíà äè-
ÑÓ×ÀÑͲ ÓßÂËÅÍÍß ÏÐÎ ÑÒÐÓÊÒÓÐÓ ² ÄÈÍÀ̲ÊÓ Á²ÎËÎò×ÍÈÕ ÌÅÌÁÐÀÍ
29
ò³îí³òîì ³ç âòðàòîþ ôëóîðåñöåíö³¿ [57]. Íèí³ ñèíòå-
çîâàíî áàãàòî ì³÷åíèõ ë³ï³ä³â, ùî ìîæóòü ñïîíòàí-
íî âáóäîâóâàòèñÿ â ìåìáðàíó ³ çì³øóâàòèñÿ ç ïðè-
ðîäíèìè ë³ï³äàìè, ïðîòå íåìຠãàðàíò³¿, ùî ¿õí³ âëà-
ñòèâîñò³ â³äïîâ³äàòèìóòü îçíàêàì ïðèðîäíèõ ë³ï³-
ä³â. Îïèñàíî âèêîðèñòàííÿ NBD-ïîõ³äíèõ õîëåñòå-
ðîëó [58]. Äóæå îáíàä³éëèâèì º çàñòîñóâàííÿ ó ìåìá-
ðàííèõ äîñë³äæåííÿõ òàê çâàíîãî á³îðòîãîíàëüíî-
ãî ì³÷åííÿ ë³ï³ä³â, ÿêå çàáåçïå÷óº âèñîêó ñåëåêòèâ-
í³ñòü [59].
Çàñòîñóâàííÿ ë³ï³ä-çâÿçóâàëüíèõ á³ëê³â ïåðåä-
áà÷ຠçàëó÷åííÿ àíòèë³ï³äíèõ àíòèò³ë ³ ¿õí³õ ðå-
êîìá³íàíòíèõ ôðàãìåíò³â, à òàêîæ á³ëê³â, ÿê³ ñïå-
öèô³÷íî âçàºìîä³þòü ç ë³ï³äàìè. Íàéïîøèðåí³øèì
âèÿâèëîñÿ âèêîðèñòàííÿ àíåêñèíó V, ùî ìຠäóæå
âèñîêó àô³íí³ñòü äî PS, êîîðäèíóþ÷èñÿ ç íèì ÷åðåç
³îíè êàëüö³þ. Ðîçðîáëåíî áàãàòî âàð³àíò³â öüîãî
ìåòîäó, äå àíåêñèí V ìîäèô³êóºòüñÿ ³çîòîïíèì àáî
ôëóîðåñöåíòíèì ì³÷åííÿì [60]. Âèêîðèñòîâóþòü
àíòèò³ëà ïðîòè ôîñôîë³ï³ä³â ³ íàâ³òü ïðîòè õîëåñòå-
ðîëó [61].
Äåãðàäàö³ÿ ôîñôîë³ïàçàìè ð³çíî¿ ñïåöèô³÷íî-
ñò³. Ìåòîä çàñòîñîâóþòü äëÿ âèçíà÷åííÿ ïîâåðõíå-
âî¿ ëîêàë³çàö³¿ ë³ï³äó, ïðîòå â³í âèìàãຠäîâãîãî ÷à-
ñó ³íêóáàö³¿ ³, êð³ì òîãî, óòâîðåí³ ïðîäóêòè (ë³çî-
ïîõ³äí³ ³ æèðí³ êèñëîòè) ìîæóòü äåñòàá³ë³çóâàòè
ìåìáðàíó [62].
Óñ³ ö³ ìåòîäè ìàþòü íåäîë³êè, îäíàê ¿õíº ñè-
ñòåìíå âèêîðèñòàííÿ äîçâîëÿº â³äòâîðèòè êàðòèíó
ñêëàäíî¿ áóäîâè ìåìáðàí.
Òðàíñìåìáðàííèé ðîçïîä³ë ôîñôîë³ï³ä³â. Äëÿ
áàãàòüîõ òèï³â ìåìáðàí âñòàíîâëåíî, ùî ë³ï³äíèé
ñêëàä çîâí³øíüîãî ìîíîøàðó ìåìáðàíè ñóòòºâî â³ä-
ð³çíÿºòüñÿ â³ä òàêîãî âíóòð³øíüîãî ìîíîøàðó [63,
64]. Öÿ â³äì³íí³ñòü âèðàæåíà ïî-ð³çíîìó çàëåæíî
â³ä òèïó êë³òèíè àáî îðãàíåëè, äî ÿêî¿ íàëåæèòü
ìåìáðàíà. Òàê, ¿¿ íå ñïîñòåð³ãàëè â ìåìáðàíàõ åí-
äîïëàçìàòè÷íîãî ðåòèêóëóìó. Âîäíî÷àñ, â àïàðàò³
Ãîëüäæ³, â åíäîñîìàõ ³ ïëàçìàòè÷íèõ ìåìáðàíàõ
åóêàð³îò³â âîíà ïðîÿâëÿºòüñÿ íàéÿñêðàâ³øå, ùî ³ëþ-
ñòðóº ðèñ. 3 ç ðîáîòè [64]. SM ³ ãë³êîñô³íãîë³ï³äè
çíàõîäÿòüñÿ ïåðåâàæíî íà çîâí³øíüîìó áîö³ ïëàç-
ìàòè÷íèõ ìåìáðàí, à àí³îíí³ PS ³ ôîñôàòèäèë³íî-
çèòîë (в) òà éîãî ôîñôîðèëüîâàí³ ôîðìè, à òàêîæ
PE ñêîíöåíòðîâàí³ â öèòîçîëüíîìó ìîíîøàð³. SM,
ÿêèé ôîðìóº ðàôòè, ïåðåâàæíî ïåðåáóâຠó çîâí³ø-
íüîìó ìîíîøàð³ ³ ñàìå éîãî àñîö³àö³ÿ ç õîëåñòåðî-
ëîì äîçâîëÿº ñïîñòåð³ãàòè ñåãðåãàö³þ L0-ôàçè â ìî-
äåëüíèõ ìåìáðàíàõ, ùî º îñíîâîþ ñòâîðåííÿ ðàô-
ò³â [65]. Òàêà L0-ôàçà íå ìîæå ñôîðìóâàòèñÿ ç
àí³îííèõ ôîñôîë³ï³ä³â ó êîìá³íàö³¿ ç PE â ìîäåëü-
íèõ á³øàðàõ [66]. Êëþ÷îâèì òóò º ðîçòàøóâàííÿ õî-
ëåñòåðîëó. Îñê³ëüêè âì³ñò õîëåñòåðîëó ÷àñòî êîðå-
ëþº ç âì³ñòîì ñô³íãîë³ï³ä³â, òî ñëóøíî ïðèïóñòè-
òè, ùî õîëåñòåðîë ëîêàë³çóºòüñÿ ïåðåâàæíî â çîâ-
í³øíüîìó ìîíîøàð³, äå ôîðìóþòüñÿ ðàôòè. Ïðîòå
÷³òêîãî åêñïåðèìåíòàëüíîãî ï³äòâåðäæåííÿ íå ³ñ-
íóº é äîñ³. Äî ðå÷³, ó ìîäåëüíèõ ìåìáðàíàõ õîëåñòå-
ðîë íàäຠïåðåâàãó ë³ï³äàì ç ïîë³íàñè÷åíîþ ñòðóê-
òóðîþ âóãëåâîäíåâèõ «õâîñò³â», â³í íå ñòâîðþº ðàô-
ò³â, ÿêùî òàì ³ñíóþòü ïîäâ³éí³ çâ’ÿçêè [67].
²íîçèòîëôîñôîë³ï³äè â³äîì³ ñâî¿ìè ôîñôîðè-
ëüîâàíèìè ôîðìàìè [68], ÿê³ â³ä³ãðàþòü âàæëèâó
ðîëü ó ðåãóëÿòîðíèõ ìåõàí³çìàõ êë³òèíè. Âîíè ëî-
êàë³çîâàí³ ó âíóòð³øíüîìó ìîíîøàð³ öèòîïëàçìà-
òè÷íèõ ìåìáðàí ³ áåðóòü ó÷àñòü ó ïåðåäàâàíí³ ñèã-
íàë³â ì³æ ìåìáðàíîþ ³ öèòîïëàçìîþ, à òàêîæ ó âçà-
ºìî䳿 ìåìáðàíè ç öèòîñêåëåòîì.
Âàæëèâó, ïðîòå íå äî ê³íöÿ äîñë³äæåíó ôóíê-
ö³îíàëüíó ðîëü ìຠàñèìåòðè÷íèé ðîçïîä³ë íåéò-
ðàëüíèõ ³ àí³îííèõ ë³ï³ä³â â ìåìáðàíàõ. ³äîìî ïðî
éîãî âàæëèâå çíà÷åííÿ ó ì³æêë³òèííèõ âçàºìîä³ÿõ,
àêòèâàö³¿ êàñêàäó çñ³äàííÿ êðîâ³, âï³çíàâàíí³ ³ åë³-
ì³íàö³¿ àïîïòîòè÷íèõ êë³òèí. Ñèãíàëîì, ùî çàïó-
ñêຠòàê³ ïðîöåñè êë³òèííîãî ðîçï³çíàâàííÿ, º ïîÿâà
â ïîâåðõíåâîìó ìîíîøàð³ PS ³ PE [69].
Òðàíñìåìáðàííèé ðîçïîä³ë õîëåñòåðîëó. Ñòå-
õ³îìåòðè÷í³ êîìïëåêñè õîëåñòåðîëó ç ë³ï³äàìè ìà-
þòü âèñîêó ñòàá³ëüí³ñòü, à íàäëèøêîâèé õîëåñòå-
ðîë ëåãêî âèìèâàºòüñÿ ç ìåìáðàíè. Ó öèòîïëàçì³
â³í ñòຠñóáñòðàòîì õîëåñòåðîëîêñèäàçè, à â ïîçà-
êë³òèííîìó ïðîñòîð³ çâ’ÿçóºòüñÿ ç ë³ïîïðîòå¿íàìè
âèñîêî¿ ù³ëüíîñò³ [70, 71]. Öå äîçâîëÿº ðåãóëþâàòè
âì³ñò õîëåñòåðîëó â ìåìáðàí³ ñòîñîâíî ê³ëüêîñò³
àô³ííèõ äî íüîãî ôîñôîë³ï³ä³â ³ çàáåçïå÷óâàòè éî-
ãî â³äïîâ³äíå (àñèìåòðè÷íå?) ñï³ââ³äíîøåííÿ ì³æ
çîâí³øí³ì ³ âíóòð³øí³ì ìîíîøàðàìè ïëàçìàòè÷íî¿
ìåìáðàíè. гâíîâàæíèé éîãî ðîçïîä³ë ì³æ ìîíî-
øàðàìè âèâ÷àëè ç âèêîðèñòàííÿì ð³çíèõ ï³äõîä³â,
çîêðåìà, ìåòîäîì ãàñ³ííÿ ôëóîðåñöåíö³¿ ââåäåíîãî
ççîâí³ ôëóîðåñöåíòíîãî äåã³äðîåðãîñòåðîëó àáî
ôëóîðåñöåíòíèõ ïîõ³äíèõ õîëåñòåðîëó, ì³÷åíèõ ïî
ÄÅÌ×ÅÍÊÎ Î. Ï.
30
ÎÍ-ãðóï³ [24]. Ïðîòå îäíîçíà÷íèõ ðåçóëüòàò³â íå
îòðèìàíî [71], ³ äåÿê³ äîñë³äíèêè ââàæàþòü, ùî
á³ëüø³ñòü ìîëåêóë õîëåñòåðîëó çíàõîäèòüñÿ ó âíóò-
ð³øíüîìó ìîíîøàð³. Îñê³ëüêè â³í ìຠâèñîêó àô³í-
í³ñòü äî ë³ï³ä³â ç ïîë³íàñè÷åíèìè ëàíöþãàìè, òî,
ìîæëèâî, ùî ôîñôîë³ï³äè ðîçïîä³ëÿþòüñÿ òàêîæ ³
çà ö³ºþ îçíàêîþ. Õîëåñòåðîë âèÿâëÿº çíà÷íó àô³í-
í³ñòü ³ äî äåÿêèõ ³íòåãðàëüíèõ á³ëê³â, ùî òàêîæ ìî-
æå âïëèâàòè íà éîãî ðîçïîä³ë [72] òà ñòàá³ë³çóâàòè
á³ëêîâî-ë³ï³äí³ äîìåíè, áàãàò³ íà õîëåñòåðîë.
Òðàíñìåìáðàííà äèíàì³êà ë³ï³ä³â. Ïåðåñêàêóâàí-
íÿ ìîëåêóë ë³ï³ä³â ç îäíîãî ìîíîøàðó íà ³íøèé («flip-
flop») íà â³äì³íó â³ä ìàéæå áåçáàð’ºðíîãî òðàíñëÿ-
ö³éíîãî ðóõó ë³ï³ä³â ó ïëîùèí³ ìåìáðàíè âèìàãàº
ïåðåíåñåííÿ ïîëÿðíî¿ ãîë³âêè ë³ï³äó ÷åðåç ã³äðî-
ôîáíó ÷àñòèíó ìåìáðàíè. Ñïîíòàííî âîíî â³äáóâà-
ºòüñÿ íàäçâè÷àéíî ïîâ³ëüíî (øâèäê³ñòü ~10–15 ñ–4),
òàê ùî ð³âíîâàæíèé ñòàí äîñÿãàºòüñÿ çà ãîäèíè àáî
íàâ³òü äí³ [73]. Ó æèâèõ êë³òèíàõ öåé ïðîöåñ ïðîõî-
äèòü çíà÷íî øâèäøå. ª íèçêà ôåðìåíò³â, ùî ñòâîðþ-
þòü ³ ï³äòðèìóþòü ñòðóêòóðíó àñèìåòð³þ ìåìáðàí
(ôë³ïàçè) [74, 75]. Ïåðåíîñÿ÷è ë³ï³äè, âîíè äëÿ ñòâî-
ðåííÿ íåð³âíîâàæíîãî ðîçïîä³ëó îñòàíí³õ âèêîðè-
ñòîâóþòü åíåðã³þ ÀÒÐ. ²ñíóþòü ³ ³íø³ òðàíñëîêàçè –
ñêðàìáàçè, ÿê³ çä³éñíþþòü ïåðåíåñåííÿ ë³ï³ä³â ó
ñïðÿæåíí³ ç ³îíàìè êàëüö³þ. Ö³ ïðîöåñè äîçâîëÿþòü
äîñÿãòè êîíòðîëüîâàíî¿ äèíàì³÷íî¿ ð³âíîâàãè ó
ðîçïîä³ë³ ë³ï³ä³â çà ë³÷åí³ õâèëèíè. Çà äåÿêèõ ôóíê-
ö³îíàëüíèõ ñòàí³â (àêòèâàö³ÿ òðîìáîöèò³â, àïîïòîç)
àñèìåòð³ÿ ïëàçìàòè÷íèõ ìåìáðàí ïîðóøóºòüñÿ ³ â³ä-
áóâàºòüñÿ âèõ³ä ó ïîâåðõíåâèé ìîíîøàð àí³îííèõ
ë³ï³ä³â [69].
Òàêèì ÷èíîì, â³äì³ííîñò³ ó ô³çè÷íèõ âëàñòèâî-
ñòÿõ çîâí³øíüîãî ³ âíóòð³øíüîãî ìîíîøàð³â ìåìá-
ðàí (çîêðåìà, ¿õí³õ ïîâåðõíåâèõ åëåêòðîñòàòè÷íèõ
ïîòåíö³àë³â [76]) çàáåçïå÷óþòüñÿ äèíàì³÷íèì ï³ä-
òðèìàííÿì ñòàá³ëüíèõ êîíöåíòðàö³éíèõ ãðà䳺íò³â.
Äëÿ ïåðåñêàêóâàííÿ öåðàì³ä³â (ïîõ³äíèõ ñô³í-
ãîë³ï³ä³â áåç ïîëÿðíèõ ãîë³âîê) íå ³ñíóº âèñîêîãî
åíåðãåòè÷íîãî áàð’ºðà, òîìó âîíè ïåðåðîçïîä³ëÿ-
þòüñÿ íàäçâè÷àéíî øâèäêî (çà ñåêóíäè) [77, 78].
³äîìî, ùî öåðàì³äè ìîæóòü ïðèñêîðþâàòè ïåðå-
ñêàêóâàííÿ ³íøèõ ë³ï³ä³â.
Òðàíñìåìáðàííå ïåðåñêàêóâàííÿ ë³ï³ä³â – äóæå
âàæëèâèé ìåõàí³çì ó á³îãåíåç³ ìåìáðàí. Îñîáëèâî
ñêëàäíèì º ïåðåíåñåííÿ ãë³êîë³ï³ä³â, ïîëÿðí³ ãë³êà-
íîâ³ êîìïîíåíòè ÿêèõ ìàþòü áóòè åêñïîíîâàíèìè
íà çîâí³øíüîìó ìîíîøàð³ [79].
Êîðåëÿö³ÿ ì³æ ñòðóêòóðíîþ îðãàí³çàö³ºþ ³ äè-
íàì³êîþ ìîíîøàð³â. Îòæå, ³ñíóâàííÿ äðàìàòè÷íî¿
ð³çíèö³ â ë³ï³äíîìó ñêëàä³ ì³æ ìîíîøàðàìè îäíèõ ³
òèõ æå ìåìáðàí º íåçàïåðå÷íèì ôàêòîì. Ç öüîãî âè-
ïëèâàþòü â³äì³ííîñò³ ó òàêèõ âëàñòèâîñòÿõ, ÿê ïî-
âåðõíåâèé åëåêòðîñòàòè÷íèé ïîòåíö³àë, ã³äðàòîâà-
í³ñòü, çäàòí³ñòü äî âçàºìî䳿 íà ïîâåðõí³ ç ìîëåêó-
ëàìè òà ³îíàìè. ̳æ òèì â³äîìî, ùî ðåàë³çàö³ÿ ñèã-
íàëüíèõ ôóíêö³é ìåìáðàíè âèìàãຠñèíåðã³çìó ó
âçàºìîä³ÿõ ì³æ ìîíîøàðàìè. Òàêó ôóíêö³þ ïåðåäà-
âàííÿ ñèãíàëó ìîæóòü âèêîíóâàòè ³íòåãðàëüí³ á³ë-
êè. Îäíàê â³äîìà ³ ðîëü ì³íîðíèõ ë³ï³ä³â ÿê ïåðâèí-
íèõ ³ âòîðèííèõ ïåðåäàâà÷³â ñèãíàëó ÷åðåç ìåìáðà-
íó. Òî æ íàñê³ëüêè íåçàëåæí³ ë³ï³äí³ ìîíîøàðè ³ ÿê
ðåàë³çóºòüñÿ ¿õíÿ âçàºìîä³ÿ?
ßêùî ðàôòè ³ñíóþòü â îáîõ ìîíîøàðàõ, à ñô³í-
ãî쳺ë³í – íàéïîòóæí³øèé óòâîðþâà÷ ðàôò³â – ëî-
êàë³çîâàíèé ëèøå ó çîâí³øíüîìó ìîíîøàð³, òî íå
çðîçóì³ëî, ÿê³ ë³ï³äè ³ â ÿê³é êîìá³íàö³¿ â³ä³ãðàþòü
öþ ðîëü ó âíóòð³øíüîìó ìîíîøàð³? Ó áàãàòüîõ ïóá-
ë³êàö³ÿõ ðàôòè çîáðàæóþòü ñèìåòðè÷íèìè â îáîõ
ìîíîøàðàõ. ×è ä³éñíî öå òàê? (äèâ. ðèñ. 4). Òîáòî
÷è ìîæóòü ðàôòè, óòâîðåí³ â çîâí³øíüîìó ìîíîøà-
ð³, ³íäóêóâàòè ¿õíº ôîðìóâàííÿ ó âíóòð³øíüîìó ìî-
íîøàð³? Öå áóëî á ïåâíèì ïðîòèð³÷÷ÿì äî â³äîìèõ
äàíèõ ïðî òå, ùî ìîíîøàðè âçàºìîä³þòü ëèøå ã³ä-
ðîôîáíèìè ê³íöÿìè àöèëüíèõ ëàíöþã³â, à òàê³ âçàº-
ìî䳿 äóæå ñëàáê³. Ïðîòå ö³êàâî çíàòè, ùî â ìîäåëü-
íèõ ìåìáðàíàõ, äå ìîæíà ñïîñòåð³ãàòè ðîçìåæó-
âàííÿ L0- ³ Lb-ôàç, êëàñòåðè öèõ ôàç â îáîõ ìîíîøà-
ÑÓ×ÀÑͲ ÓßÂËÅÍÍß ÏÐÎ ÑÒÐÓÊÒÓÐÓ ² ÄÈÍÀ̲ÊÓ Á²ÎËÎò×ÍÈÕ ÌÅÌÁÐÀÍ
31
Ñ
ê
ë
à
ä
ô
î
ñ
ô
î
ë
³ï
³ä
³
â,
%
Ñ
ê
ë
à
ä
ô
î
ñ
ô
î
ë
³ï
³ä
³â
,
%
0
10
20
30
40
50
0
10
20
30
40
50
60
70
1
2 3
4
Ðèñ. 3. Ðîçïîä³ë ë³ï³äíèõ êîìïîíåíò³â ìåìáðàí ì³æ çîâí³øí³ì
(çë³âà) ³ âíóòð³øí³ì (ñïðàâà) ìîíîøàðàìè ïëàçìàòè÷íèõ ìåì-
áðàí. Ðåçóëüòàòè äëÿ ôîñôàòèäèëõîë³íó (ÐÑ), ôîñôàòèäèëåòàíî-
ëàì³íó (ÐÅ), ôîñôàòèäèëñåðèíó (ÐS), ôîñôàòèäèë³íîçèòîëó (в)
òà ñô³íãî쳺ë³íó (SM).Ñòîâï÷èêè ³ëþñòðóþòü â³äíîñíó êîíöåí-
òðàö³þ ë³ï³ä³â (çë³âà íàïðàâî) ó ìåìáðàíàõ åðèòðîöèò³â ³ òðîìáî-
öèò³â ëþäèíè, ë³ìôî¿äíèõ ðàêîâèõ êë³òèí òà mucosal mast (RBL-
2H3) êë³òèí [64]
ðàõ çá³ãàþòüñÿ [80]. Áóëè ñïðîáè ñòâîðåííÿ øòó÷-
íèõ àñèìåòðè÷íèõ á³øàð³â, ùî ñêëàäàþòüñÿ ëèøå ç
ë³ï³ä³â. Îäíî÷àñíå ôîðìóâàííÿ ðàôò³â â îáîõ ìî-
íîøàðàõ âêàçóº íà òå, ùî âîíè ìîæóòü óòâîðþâàòè-
ñÿ áåç ó÷àñò³ ³íòåãðàëüíèõ á³ëê³â [81].
Òàê³ ðåçóëüòàòè âèìàãàþòü ïîÿñíåííÿ. Îäíå ç
íèõ – öå êîðåëÿö³ÿ äèíàì³êè àöèëüíèõ ê³íö³â, ùî
ìîæóòü ïåðåïë³òàòèñÿ âñåðåäèí³ á³øàðó [82]. ßêùî
öå òàê, òî ðîëü õîëåñòåðîëó íå º çðîçóì³ëîþ. Ç îäíî-
ãî áîêó, â³í óíåìîæëèâëþº ïåðåïë³òàííÿ (³íòåðäè-
ã³òàö³þ) àöèëüíèõ ëàíöþã³â ó L0-ôàç³ ³ íå ïåðåøêîä-
æຠöüîìó â Lb-ôàç³. Ç ³íøîãî, – â³í ëåãêî ì³ãðóº
ì³æ ìîíîøàðàìè â ä³ëÿíêè, äå éîãî òåðìîäèíàì³÷-
íà ñòàá³ëüí³ñòü íàéá³ëüøà.
Ó ïîøóêó â³äïîâ³ä³ íà ïèòàííÿ ïðî ìåõàí³çìè
ïåðåäàâàííÿ ñèãíàëó ì³æ ìîíîøàðàìè ïðîâåäåíî
åêñïåðèìåíòè ³ç çâ’ÿçóâàííÿ êàò³îííîãî ïåïòèäó ïî-
ë³-L-ë³çèíó. Áåç ó÷àñò³ ë³ï³ä³â, ÿê³ ôîðìóþòü ðàôòè,
òàêå çâ’ÿçóâàííÿ â³ä÷óâàºòüñÿ íà ïðîòèëåæíîìó áî-
ö³ ìåìáðàíè. Á³ëüø òîãî, ìîëåêóëè öüîãî ïåïòèäó,
íàíåñåí³ ç îáîõ áîê³â ìåìáðàíè, ì³ãðóþòü â ïëî-
ùèí³ ìåìáðàíè ÿê îäíå ö³ëå [83]. Íà êîðåëÿö³þ â
äèíàì³ö³ ì³æ çîâí³øí³ì ³ âíóòð³øí³ì ìîíîøàðàìè
âêàçóþòü ³ äîñë³äæåííÿ Ò-ë³ìôîöèò³â ç ôëóîðåñ-
öåíòíèì á³ëêîì, âáóäîâàíèì ó âíóòð³øí³é ìîíî-
øàð ¿õí³õ ìåìáðàí [84]. Ö³ ðåçóëüòàòè êîíòðàñòó-
þòü ç ³íøèìè äàíèìè [85], äå çíàéäåíî êîðåëÿö³þ
ì³êðîäîìåí³â ó âíóòð³øíüîìó ìîíîøàð³ íå ç äîìå-
íàìè çîâí³øíüîãî ìîíîøàðó, à ³ç âçàºìî䳺þ ç àê-
òèíîâèì öèòîñêåëåòîì.
Îòæå, íà ñüîãîäí³ íå çðîçóì³ëî, ÷è ìîæå àñè-
ìåòð³ÿ ó ñêëàä³ ôîñôîë³ï³ä³â íå áóòè ïåðåøêîäîþ
äëÿ ñêîðåëüîâàíîãî ñèìåòðè÷íîãî ô³çè÷íîãî ñòàíó
ìîíîøàð³â ó á³øàðîâ³é ñòðóêòóð³. ßêùî öå òàê, òî
ïîâèíí³ ³ñíóâàòè ÷³òê³ ìåõàí³çìè ïîä³áíî¿ êîðåëÿ-
ö³¿. Âîíà ìîæå ìàòè âàæëèâó ôóíêö³îíàëüíó ðîëü,
íàïðèêëàä, ïðè âåêòîðíîìó âáóäîâóâàíí³ ó ìåìá-
ðàíó ³íòåãðàëüíèõ á³ëê³â.
Ãë³êîë³ï³äè, åêñïîíîâàí³ íà ïîâåðõí³ êë³òèí. Äî-
äàòêîâèì ôàêòîðîì, ùî â³äð³çíÿº çîâí³øíþ ïîâåðõ-
íþ áàãàòüîõ êë³òèííèõ ìåìáðàí, º íàÿâí³ñòü ³íòåã-
ðîâàíèõ ç ë³ï³äàìè âóãëåâîäíèõ êîìïîíåíò³â (ãë³-
êàí³â). Öå ïåðåäóñ³ì ãë³êîñô³íãîë³ï³äè ç ã³äðîôîá-
íîþ öåðàì³äíîþ ÷àñòèíîþ, ³íòåãðîâàíîþ â ìåìá-
ðàíó, ³ îë³ãîñàõàðèäíèì ëàíöþãîì, ùî âèñòóïຠâ
ïîçàêë³òèííèé ïðîñò³ð. Òàê³ ïîâí³ñòþ ã³äðàòîâàí³
ëàíöþãè ìîæóòü çàéìàòè çíà÷íó ÷àñòèíó êë³òèííî¿
ïîâåðõí³. Âîíè ëåãêî àñîö³þþòüñÿ ç SM òà õîëåñòå-
ðîëîì ³ ¿õ ââàæàþòü õàðàêòåðíèìè ìàðêåðàìè ðàô-
ò³â. Îñîáëèâî âèñîêà ¿õíÿ êîíöåíòðàö³ÿ (äî 10–
12 % â³ä óñ³õ ë³ï³ä³â) ó ìåìáðàíàõ íåéðîí³â. Íà-
ÿâí³ñòü ¿õ ó âåëèêèõ ê³ëüêîñòÿõ ëèøå â îäíîìó ç ìî-
íîøàð³â ñòàâèòü áàãàòî çàïèòàíü ùîäî ñòðóêòóðíî-
äèíàì³÷íî¿ îðãàí³çàö³¿ ìåìáðàí [86, 87].
Ãë³êîñô³íãîë³ï³äè GM1 ³ GM3 âèêîðèñòîâóþòü
ÿê ìàðêåðè ðàôò³â ³ ¿õíÿ ñåãðåãàö³ÿ ïî ïîâåðõí³
êë³òèíè (ÿêó ìîæíà ñïîñòåð³ãàòè çà åôåêòîì çâ’ÿçó-
âàííÿ ôëóîðåñöåíòíî ì³÷åíî¿ ñóáîäèíèö³  õîëåð-
íîãî òîêñèíó) ñâ³ä÷èòü ïðî âèñîêó ðóõëèâ³ñòü öèõ
ñòðóêòóð [85].
Âàæëèâ³ñòü âèâ÷åííÿ ãë³êîñô³íãîë³ï³ä³â ïîâ’ÿ-
çàíà ç ò³ºþ çíà÷íîþ ðîëëþ, ÿêó ¿ì â³äâåäåíî íå ëè-
øå ÿê àíòèãåíàì ³ ôàêòîðàì ì³æêë³òèííèõ âçàºìî-
ä³é, à é àêòèâíèì ó÷àñíèêàì ñèãíàëüíèõ ïðîöåñ³â,
ùî âèìàãàþòü òðàíñìåìáðàííî¿ ³íòåãðîâàíî¿ â³ä-
ïîâ³ä³ [88].
Âçàºìîä³ÿ êë³òèííî¿ ìåìáðàíè ç öèòîñêåëåòîì
òà ³íøèìè ôàêòîðàìè öèòîïëàçìè. ³äîìî, ùî
³íòåãðàëüí³ á³ëêè ìåìáðàí çäàòí³ ðóõàòèñÿ ïðîòè
ãðà䳺íòà êîíöåíòðàö³¿ ó äâîâèì³ðíîìó ïðîñòîð³
ìåìáðàíè, çáèðàþ÷èñü ó êëàñòåðè [89]. Öå ñâ³ä÷èòü
ïðî íàÿâí³ñòü êîðåëÿö³¿ ó ¿õíüîìó ðóñ³, à òàêîæ ïðî
³ñíóâàííÿ ðóø³éíî¿ ñèëè çà ìåæàìè ïîäâ³éíîãî øà-
ðó. Íà ðîëü òàêî¿ ñèëè ïðåòåíäóº âçàºìîä³ÿ ç öèòî-
ñêåëåòîì, ïðîòå ÿê ðåàë³çóºòüñÿ öÿ âçàºìîä³ÿ, â³äî-
ìî ìàëî [90, 91]. Äîñë³äæåííÿ âçàºìî䳿 ðàôò³â ç àê-
òèíîâèì öèòîñêåëåòîì ïðè àêòèâàö³¿ Ò-ë³ìôîöè-
ò³â ï³äòâåðäæóþòü ³ñíóâàííÿ êîíòðîëþ ç áîêó öèòî-
ñêåëåòó ³, çîêðåìà, àêòèíîâèõ ô³ëàìåíò³â ïðèìåìá-
ðàííîãî øàðó öèòîïëàçìè çà ñòâîðåííÿì ³ ñåãðåãà-
ö³ºþ ì³êðîäîìåí³â [85, 92, 93]. Ïðîòå äåòàë³ ìåõà-
ÄÅÌ×ÅÍÊÎ Î. Ï.
32
:
?
Ðèñ. 4. ²ëþñòðàö³ÿ ïðîáëåì, ùî âèíèêàþòü ó ðàìêàõ ìîäåë³ ðàôò³â.
×è êîðåëþþòü ³ âçàºìîä³þòü ðàôòè (ïîêàçàí³ ÿê çàòåìíåí³ ñòðóêòó-
ðè), óòâîðåí³ â îäíîìó ìîíîøàð³, ç ðàôòàìè ç ³íøîãî ìîíîøàðó?
×è â³äáóâàºòüñÿ ïåðåáóäîâà ðàôò³â ç âèíèêíåííÿì òàêî¿ âçàºìî䳿
ï³ä âïëèâîì çîâí³øí³õ ñòèìóë³â?
í³çìó òàêî¿ âçàºìî䳿 äîñ³ íå çðîçóì³ë³. ªäèíèì ÷³ò-
êî âñòàíîâëåíèì ôàêòîì âàðòî ââàæàòè âçàºìîä³þ
àí³îííèõ ë³ï³ä³â ³, çîêðåìà PS, íà âíóòð³øí³é ïî-
âåðõí³ ìåìáðàíè ç ô³áðèëàìè àêòèíó [94].
Íà ìîäåë³ ìåìáðàí åðèòðîöèò³â ïîêàçàíî, ùî
âèõ³ä PS íà ïîâåðõíþ ïîñëàáëþº çâ’ÿçîê ìåìáðà-
íè ³ç ñïåêòðèí-àêòèíîâîþ ñèñòåìîþ ³ âïëèâຠíà
ìåõàí³÷í³ âëàñòèâîñò³ êë³òèí [95]. Àêòèíîâèé öè-
òîñêåëåò êë³òèí º äèíàì³÷íîþ ñòðóêòóðîþ, ùî ìî-
äóëþº ïåðåì³ùåííÿ ³íòåãðàëüíèõ á³ëê³â ïî ïî-
âåðõí³ ìåìáðàíè. Îäíàê éîãî âïëèâ ìîæå ïîøèðþ-
âàòèñÿ ³ íà ñòðóêòóðèçàö³þ ë³ï³ä³â âíóòð³øíüîãî
ìîíîøàðó.
²íòåãðàëüí³ âëàñòèâîñò³ á³îìåìáðàí. Îðãàí³-
çàö³ÿ á³ëêîâèõ ³ ë³ï³äíèõ êîìïîíåíò³â ó ñêëàäíó àïå-
ð³îäè÷íó íàäìîëåêóëÿðíó ñòðóêòóðó, ÿêîþ º á³îëî-
ã³÷íà ìåìáðàíà, ïðèçâîäèòü äî ïîÿâè íîâèõ ³íòåã-
ðàëüíèõ âëàñòèâîñòåé, íàñàìïåðåä åëåêòðîñòàòè÷-
íîãî ïîòåíö³àëó ìåìáðàíè [76]. Äåòàëüíèé àíàë³ç
éîãî íåìîíîòîííî¿ çì³íè â ïåðåð³ç³ ìåìáðàíè äî-
çâîëÿº âèä³ëèòè êîìïîíåíòè, ñåðåä ÿêèõ òðàíñìåìá-
ðàííèé, äèïîëüíèé ³ ïîâåðõíåâèé ïîòåíö³àëè [76].
Âåëè÷åçí³ ãðà䳺íòè (òîáòî çì³íè íà êîðîòêèõ â³ä-
ñòàíÿõ ó äîë³ íàíîìåòðà) ñïîñòåð³ãàþòüñÿ ³ äëÿ ³í-
øèõ ïàðàìåòð³â ìåìáðàíè, òàêèõ ÿê ïîëÿðí³ñòü, ã³ä-
ðàòàö³ÿ ³ â’ÿçê³ñòü [96].
Àñèìåòð³ÿ ïîâåðõíåâèõ çàðÿä³â ³ åëåêòðîñòà-
òè÷íèõ ïîòåíö³àë³â. Ïðîáëåìà âèíèêíåííÿ ³ óòðè-
ìàííÿ ìåìáðàííîãî ïîòåíö³àëó º êëþ÷îâîþ äëÿ êë³-
òèííî¿ ô³ç³îëî㳿. Ìàêðîñêîï³÷í³ ìîäåë³ äîñèòü çà-
äîâ³ëüíî îïèñóþòü öåé ïðîöåñ, îäíàê â³í ùå ìàëî
çðîçóì³ëèé íà ìîëåêóëÿðíîìó ð³âí³ â òåðì³íàõ äè-
íàì³êè âçàºìîä³é ³îí³â, âîäè ³ ë³ï³ä³â. Àäñîðáö³ÿ ³î-
í³â íà ïîâåðõí³ ìåìáðàí òà ¿õí³é ðîçïîä³ë ó ïðè-
ìåìáðàííîìó øàð³ çàëåæàòü â³ä ôîñôîë³ï³äíîãî
ñêëàäó, à îñê³ëüêè öåé ñêëàä â³äð³çíÿºòüñÿ ì³æ ìî-
íîøàðàìè, òî é ðîçïîä³ë ìຠáóòè ð³çíèì (ðèñ. 5).
Âàæëèâèìè ó öüîìó ðîçïîä³ë³ ìàþòü áóòè ³ â³äì³í-
íîñò³ â êîíöåíòðàö³ÿõ ³îí³â ó çîâí³øíüîìó ³ âíóò-
ð³øíüîìó îá’ºìàõ, ùî îáìåæóþòüñÿ ìåìáðàíîþ
(çîêðåìà, â³äíîñíî âèñîê³ êîíöåíòðàö³¿ Ê+ â öèòî-
ïëàçì³ ³ Na+ â çîâí³øíüîìó îá’ºì³ êë³òèí) [97].
Ðîçðàõóíêè ìåòîäàìè ìîëåêóëÿðíî¿ äèíàì³êè
(ÌÄ). Äîñë³äæåííÿ ìåòîäàìè ÌÄ ïîêàçàëè, ùî Na+,
çâ’ÿçóþ÷èñü íà ð³âí³ êàðáîí³ëüíèõ ãðóï ë³ï³ä³â, äå-
ìîíñòðóº âèùó àô³íí³ñòü äî ìåìáðàíè, í³æ Ê+, ïðî-
òå âèùà êîíöåíòðàö³ÿ îñòàííüîãî ïðèçâîäèòü äî éî-
ãî ù³ëüí³øîãî çâ’ÿçóâàííÿ ó âíóòð³øíüîìó ìîíî-
øàð³. Âàæëèâó ðîëü ó çâ’ÿçóâàíí³ â³ä³ãðຠíåãàòèâ-
íèé çàðÿä ïîâåðõí³, ñòâîðåíèé ãîë³âêàìè àí³îííèõ
ë³ï³ä³â [98]. Ïîðÿä ³ç çàðÿäàìè ãîë³âîê ë³ï³ä³â çâ’ÿ-
çàí³ ³îíè âèçíà÷àþòü âåëè÷èíó òðàíñìåìáðàííîãî
ïîòåíö³àëó [99]. Ìîäåëþâàííÿ ÌÄ íà ïðîñò³é ìî-
äåë³ (îäíîð³äíà ôîñôîë³ï³äíà ìåìáðàíà ôîñôàòè-
äèëõîë³íó ç ð³âíèìè êîíöåíòðàö³ÿìè NaCl ³ KCl)
íåñïîä³âàíî çàì³ñòü íóëüîâîãî ïîòåíö³àëó ïîêàçà-
ëî çíà÷íó ð³çíèöþ ó ïîòåíö³àëàõ (–70 ìÂ) [100] ñà-
ìå çà ðàõóíîê ù³ëüíîãî çâ’ÿçóâàííÿ ³îí³â Na+, àëå
íå Ê+ íà ð³âí³ ë³ï³äíèõ êàðáîí³ë³â. Àí³îíè æ ïî-³í-
øîìó âçàºìîä³þòü ç ìåìáðàíîþ. Òàê, õëîðèäè ñòâî-
ðþþòü ëèøå åôåêò ïðîòèiîíà äî çâ’ÿçàíîãî ç ìåì-
áðàíîþ êàò³îíà [101].
Âèêîðèñòàííÿ ôëóîðåñöåíòíèõ çîíä³â. Äëÿ íå-
³íâàçèâíîãî îäåðæàííÿ ðåçóëüòàò³â ïðî åëåêòðîñòà-
òè÷í³ âçàºìî䳿 íà ð³âí³ ãðóï àòîì³â íåîáõ³äí³ ³íñò-
ðóìåíòè ìîëåêóëÿðíîãî ³ ñóáìîëåêóëÿðíîãî ðîçì³-
ðó, âèñîêà ÷óòëèâ³ñòü â³äïîâ³ä³ ÿêèõ äîçâîëÿëà á ¿õ-
íº íå³íâàçèâíå çàñòîñóâàííÿ. Òàêèìè ³íñòðóìåíòà-
ìè º ôëóîðåñöåíòí³ ì³òêè ³ çîíäè [76, 96, 102]. ²ñòîò-
íèìè ïåðåâàãàìè öèõ ìîëåêóë º ¿õíÿ ïðèäàòí³ñòü
äëÿ ì³êðîñêîï³÷íèõ äîñë³äæåíü, à òàêîæ îòðèìàííÿ
â³ä íèõ ìóëüòèïàðàìåòðè÷íî¿ â³äïîâ³ä³ [103], ÿêà
ìîæå âêëþ÷àòè ðåàêö³þ íà ì³æìîëåêóëÿðí³ âçàº-
ìî䳿 (åëåêòðîñòàòè÷í³ ïîòåíö³àëè òà åôåêòè ã³äðà-
òîâàíîñò³ ³ ïîëÿðíîñò³ çà ñïåêòðàëüíèì çñóâîì ñïåê-
òð³â çáóäæåííÿ ³ åì³ñ³¿, ïîÿâîþ íîâèõ ñìóã ó ñïåê-
òðàõ), ì³êðîâ’ÿçê³ñòü (äèíàì³êà îáåðòàëüíîãî ðóõó
çà àí³çîòðîﳺþ åì³ñ³¿) òà ïðîñòîðîâó áëèçüê³ñòü
ì³æ ì³÷åíèìè ìîëåêóëàìè (FRET çà ôëóîðåñöåíö³-
ºþ, ðîçä³ëåíîþ â ÷àñ³). Âàæëèâîþ º ìîæëèâ³ñòü çà-
ñòîñóâàííÿ ôëóîðåñöåíòíèõ ìîëåêóë, ÿê³ çâ’ÿçó-
þòüñÿ ëèøå â îäíîìó ç ìîíîøàð³â ³ çà ð³çíîãî çà-
ãëèáëåííÿ ÷è îð³ºíòàö³¿ â ìåìáðàí³ [104].
Ñåðåä îñòàíí³õ äîñÿãíåíü âèð³çíÿºòüñÿ ìåòîä ðå-
ºñòðàö³¿ äðóãî¿ îïòè÷íî¿ ãàðìîí³êè, ùî ñóòòºâî ïî-
ë³ïøóº ðîçä³ëüíó çäàòí³ñòü â àí³çîòðîïí³é ³íòåðôà-
ç³ [105] ³ äîçâîëÿº â³çóàë³çóâàòè äîìåíè, áàãàò³ íà
õîëåñòåðîë [106]. Ôëóîðåñöåíòí³ àíàëîãè ë³ï³ä³â
ñòâîðåíî äëÿ âèêîðèñòàííÿ ó äâîôîòîíí³é ñïåêòðî-
ñêîﳿ ³ ì³êðîñêîﳿ [107, 108]. Ñèíòåçîâàíî íåïðî-
íèêí³ â êë³òèíó ôëóîðåñöåíòí³ ìîëåêóëè ç ðåàêö³-
ºþ íà ¿¿ ïîâåðõíåâèé ïîòåíö³àë [109], çà äîïîìîãîþ
ÑÓ×ÀÑͲ ÓßÂËÅÍÍß ÏÐÎ ÑÒÐÓÊÒÓÐÓ ² ÄÈÍÀ̲ÊÓ Á²ÎËÎò×ÍÈÕ ÌÅÌÁÐÀÍ
33
ÿêèõ îäåðæàíî â³äïîâ³äü íà âèõ³ä àí³îííèõ ë³ï³ä³â
íà ïîâåðõíþ íà ïî÷àòêîâèõ ñòàä³ÿõ àïîïòîçó. Åëåêò-
ðîñòàòè÷í³ âçàºìî䳿 êàò³îííèõ ë³ï³ä³â ³ ïîçèòèâíî
çàðÿäæåíèõ äîìåí³â á³ëê³â ç íåãàòèâíî çàðÿäæåíîþ
ïîâåðõíåþ ìåìáðàíè âèçíà÷àþòü ¿õíº âáóäîâóâàí-
íÿ ó ìåìáðàíó ³ ïåðåíåñåííÿ ÷åðåç íå¿ [97, 110]. Ââà-
æàþòü, ùî òàêèé ìåõàí³çì 䳺 â åíäîñîìàõ ³ ë³çîñî-
ìàõ, à âèêèä ³îí³â êàëüö³þ ãàëüìóº ö³ åôåêòè.
Òðàíñìåìáðàííå ïåðåäàâàííÿ ñèãíàëó â³äáó-
âàºòüñÿ íå ëèøå çà ìåõàí³çìîì ïåðåíåñåííÿ ìîëå-
êóë-ìåñåíäæåð³â, à é âíàñë³äîê ³íäóêóâàííÿ ³ ïîøè-
ðåííÿ çì³í ó ìåìáðàííèõ ñòðóêòóðàõ. Ìåõàí³çìè òà-
êîãî ïåðåäàâàííÿ ñèãíàëó äîñ³ ÷³òêî íå âèçíà÷åí³ ³
âîíè ìîæóòü áóòè ð³çíèìè. Ïî-ïåðøå, – öå àëî-
ñòåð³ÿ, òîáòî ñêîðåëüîâàí³ êîíôîðìàö³éí³ çì³íè ³í-
òåãðàëüíîãî á³ëêà, ùî íàñêð³çü ïðîíèçóº ìåìáðàíó
[111]. Ïî-äðóãå, – öå ³íäóêö³ÿ çì³í ó ñêîðåëüîâàí³é
äèíàì³ö³ ë³ï³ä³â, ÿê³ íàëåæàòü ïðèëåãëèì ì³êðîäî-
ìåíàì ìîíîøàð³â. Ïî-òðåòº, – öå ëàòåðàëüíà äèôó-
ç³ÿ á³ëêîâèõ ðåöåïòîð³â, ùî ìîæå ïðèçâîäèòè äî
êëàñòåðèçàö³¿ ðàôò³â, ³ ñàìå çàâäÿêè ¿é â³äáóâàºòüñÿ
êîðåëÿö³ÿ ì³æ çâ’ÿçóâàííÿì ïîë³âàëåíòíîãî ë³ãàí-
äó íà ïîâåðõí³ òà âíóòð³øíüîêë³òèííèìè çì³íàìè.
Îñòàíí³ ìîæóòü ðåàë³çóâàòèñÿ ÷åðåç ñèñòåìó G-á³ë-
ê³â àáî çà ðàõóíîê ðåöåïòîð³â òèðîçèíê³íàç. Ìîæëè-
âà é ïåðåáóäîâà àêòèíîâîãî öèòîñêåëåòó.
Äëÿ ïîäàëüøîãî ïðîãðåñó ó ö³é ãàëóç³ ïîòð³áåí
âèá³ð àäåêâàòíèõ ìîäåëåé. Îäí³ºþ ç íèõ ìîæå áóòè
³ìóíîëîã³÷íèé ñèíàïñ – äèíàì³÷íà ñòðóêòóðà, ñôîð-
ìîâàíà ì³æ Ò-ë³ìôîöèòîì ³ êë³òèíîþ, ùî íåñå ïî-
âåðõíåâèé àíòèãåí [112, 113]. Ïðè ¿¿ óòâîðåíí³ â³ä-
áóâàºòüñÿ ñåãðåãàö³ÿ á³ëê³â ³ ë³ï³ä³â ó êîíòàêòóþ-
÷èõ ìåìáðàíàõ, ùî ñòâîðþº óìîâè äëÿ áàãàòîêà-
íàëüíîãî ïåðåäàâàííÿ ³íôîðìàö³¿, íåîáõ³äíî¿ êë³-
òèí³ äëÿ âèáîðó ì³æ àêòèâàö³ºþ ³ òîëåðàíòí³ñòþ. ²
ÿêùî ñåãðåãàö³ÿ ðàôò³â ïî ìåìáðàí³ ñòâîðþº òðàíñ-
ìåìáðàííèé ñèãíàë, òî ÿêèé æå ìåõàí³çì ãåíåðàö³¿
öüîãî ñèãíàëó?
Ïåðñïåêòèâè: â³ä óäàâàíî¿ äâîâèì³ðíîñò³ äî
ðåàëüíî¿ òðèâèì³ðíîñò³. ²ñòîðè÷íî âàæëèâó ³ ö³-
êàâó ìîäåëü ѳíãåðà-ͳêîëñîíà âàæêî óçãîäèòè ç
ñó÷àñíèìè åêñïåðèìåíòàëüíèìè äàíèìè. Ïîñòóëþ-
þ÷è âèñîêó ðóõëèâ³ñòü ÿê ë³ï³ä³â, òàê ³ á³ëê³â ó ïëî-
ùèí³ ìåìáðàíè, âîíà â³ä³ãðàëà äóæå âàæëèâó ðîëü.
Çã³äíî ç íåþ, ìåìáðàíà º äâîâèì³ðíèì â’ÿçêèì ðîç-
÷èíîì ë³ï³ä³â, ó ÿêîìó äèôóíäóþòü ³íòåãðîâàí³ á³ë-
êè. Ñüîãîäí³ ìè óñâ³äîìëþºìî, ùî ë³ï³äíèé êîìïî-
íåíò âàæêî íàçâàòè ãîìîãåííèì äâîâèì³ðíèì ðîç-
÷èíîì. ³í óòâîðþº ì³êðîäîìåíè ñóáíàíîìåòðîâî-
ãî ðîçì³ðó (ðàôòè), ÿê³ îðãàí³çîâàí³ ³ºðàðõ³÷íî ³ ìà-
þòü ñêëàäíó äèíàì³êó. Ðóõ á³ëê³â íå º â³ëüíîþ äè-
ôó糺þ, â³í ðàäøå ìຠõàðàêòåð ïåðåñêàêóâàíü ÷å-
ðåç ïîòåíö³éí³ áàð’ºðè â ì³êðîäîìåííîìó ïðîñòîð³
³ ñóïðîâîäæóºòüñÿ ðåîðãàí³çàö³ºþ öèõ ì³êðîäîìå-
í³â. Àëå íàéâàæëèâ³øèì º òå, ùî ìåìáðàíó íàâ³òü ó
ïåðøîìó íàáëèæåíí³ íå ìîæíà ââàæàòè äâîâèì³ð-
íîþ ñòðóêòóðîþ, îñê³ëüêè ïî îñ³ Z (íîðìàëü äî
ìåìáðàíè) â³äñóòíÿ êîíöåíòðàö³éíà ð³âíîâàãà ë³-
ï³ä³â. Òàêèé íåð³âíîâàæíèé ñòàí àêòèâíî ï³äòðè-
ìóºòüñÿ åíåðãåòè÷íî çàëåæíèìè ïðîöåñàìè, ÷åðåç
ùî â³äñóòíÿ åêâ³âàëåíòí³ñòü ìîíîøàð³â ó çâ’ÿçóâàí-
í³ ³îí³â ³ ìàëèõ ìîëåêóë. Ìîíîøàðè ïî-ð³çíîìó ã³ä-
ðàòîâàí³ ³ ìàþòü íåîäíàêîâèé çàðÿä ³ ïîâåðõíåâèé
ïîòåíö³àë, à âëàñòèâîñò³ âíóòð³øíüîãî ìîíîøàðó
çíà÷íîþ ì³ðîþ âèçíà÷àþòüñÿ âçàºìî䳺þ ç á³ëêàìè
öèòîñêåëåòó. Çà ó÷àñò³ öèòîñêåëåòó çàáåçïå÷óºòüñÿ
ïðîñòîðîâà êîðåëÿö³ÿ ðóõ³â á³ëê³â ìåìáðàí. Áåç óðà-
õóâàííÿ öèõ âàæëèâèõ âëàñòèâîñòåé íå ìîæíà çðî-
çóì³òè ìåõàí³çì³â áàãàòüîõ ìåìáðàííèõ ïðîöåñ³â.
Á³îëîã³÷íà ìåìáðàíà – ôàíòàñòè÷íî ö³êàâèé
îá’ºêò äëÿ ìîëåêóëÿðíèõ ³ êë³òèííèõ äîñë³äæåíü. Öÿ
ñòðóêòóðà òîâùèíîþ âñüîãî 4–5 íì º äëÿ êë³òèíè íå
ÄÅÌ×ÅÍÊÎ Î. Ï.
34
Ðèñ. 5. Ñõåìàòè÷íå ïðåäñòàâëåííÿ åëåêòðîñòàòè÷íèõ âçàºìîä³é ó
ñòðóêòóðàõ, óòâîðåíèõ âïîðÿäêîâàíèìè ôîñôîë³ï³äàìè. Êàò³îíè
Na+ i Ca2+ âçàºìîä³þòü ç ãîë³âêàìè ë³ï³ä³â íà ð³âí³ ôîñôàòíèõ ãðóï,
à àí³îíè Cl– ñïðè÷èíÿþòü ðóõëèâó àòìîñôåðó á³ëÿ ìåìáðàíè. Äè-
ïîë³ ãîë³âîê ³ êàðáîí³ëüíèõ ãðóï ðàçîì ç äèïîëÿìè âîäè (íå ïîêà-
çàíî) ãåíåðóþòü äèïîëüíèé ïîòåíö³àë, ïðîÿâîì ÿêîãî º âèíèêíåí-
íÿ â³ðòóàëüíîãî çàðÿäó ó öåíòð³ á³øàðó [76]
ëèøå ìåæåþ ì³æ æèòòÿì ³ ñìåðòþ. ¯¿ çäàòí³ñòü äî ñå-
ëåêòèâíîãî îáì³íó ÷èñëåííèìè ðå÷îâèíàìè ³ áàãà-
òîïëàíîâîþ ³íôîðìàö³ºþ, ¿¿ íàäçâè÷àéíî ñêëàäíà îð-
ãàí³çàö³ÿ òà ïîñò³éíå ñàìîâ³äíîâëåííÿ âèìàãàþòü
â³ä äîñë³äíèêà ìîäåëþâàííÿ ó ïðîñòîð³ é ÷àñ³ ç îáî-
â’ÿçêîâèì ââåäåííÿì êîîðäèíàòè Z. Íà ñüîãîäí³
â³ä÷óâàºòüñÿ íåäîñêîíàë³ñòü ìîäåëåé ³ êîíöåïö³é,
ùî áàçóþòüñÿ íà åêñïåðèìåíòàëüíîìó ìàòåð³àë³.
×èìàëî ïèòàíü º äèñêóñ³éíèìè. ßêùî ìîæå ³ñíóâà-
òè øòó÷íà ìåìáðàíà, ñêëàäåíà ëèøå ç 1–2 êîìïî-
íåíò³â, òî íàâ³ùî êë³òèíà ñèíòåçóº ñîòí³ ð³çíîìàí³ò-
íèõ ë³ï³ä³â, âèòðà÷àþ÷è ïðèáëèçíî 5 % ñâî¿õ ãåí³â
[114]? ßêùî îäíàêîâà àáî ñõîæà ñòðóêòóðíî-äèíà-
ì³÷íà îðãàí³çàö³ÿ ì³êðîäîìåí³â ìîæå áóòè ðåàë³çî-
âàíà â îáîõ ìîíîøàðàõ, òî íàâ³ùî çàëó÷àºòüñÿ ñóòòº-
âèé åíåðãåòè÷íèé ðåñóðñ êë³òèíè íà ïîñò³éíó ï³ä-
òðèìêó òðàíñìåìáðàííî¿ àñèìåò𳿠ë³ï³ä³â?
Âðåøò³, ùî æ ÿâëÿº ñîáîþ á³îëîã³÷íà ìåìáðàíà?
Öå ïåðåäóñ³ì àí³çîòðîïíà ñòðóêòóðà â óñ³õ òðüîõ
âèì³ðàõ. Öå ñòðóêòóðà íåð³âíîâàæíà, äå ñòâîðåí³ ³
ïîñò³éíî ï³òðèìóþòüñÿ êîíöåíòðàö³éí³ ãðà䳺íòè.
Çàâäÿêè öüîìó, à òàêîæ âêëþ÷åííþ ð³çíèõ á³ëê³â ³
íåá³ëêîâèõ êîìïîíåíò³â ìîíîøàðè ö³º¿ á³øàðîâî¿
ñòðóêòóðè äðàìàòè÷íî â³äð³çíÿþòüñÿ çà ñâî¿ì ñêëà-
äîì, åëåêòðîñòàòè÷íèì ïîòåíö³àëîì óòâîðåíî¿ ïî-
âåðõí³, çâÿçóâàííÿì ³îí³â. Ïëàçìàòè÷íà ìåìáðàíà
âçàºìî䳺 ç öèòîñêåëåòîì. Îêð³ì òðàíñìåìáðàííî-
ãî ïåðåíåñåííÿ ìîëåêóë, ïåðåäàâàííÿ ôóíêö³îíàëü-
íî âàæëèâèõ ñèãíàë³â çä³éñíþºòüñÿ çà ðàõóíîê ñêî-
ðåëüîâàíèõ ñòðóêòóðíèõ çì³í ó ñàì³é ìåìáðàí³. Óñ³
ö³ îñîáëèâîñò³ íå ìîæóòü áóòè â³äòâîðåí³ â æîäí³é
³ç ñïðîùåíèõ ìîäåëüíèõ ñèñòåì.
Íàðàç³ ñòâåðäæóº ñâî¿ ïîçèö³¿ ñèíòåòè÷íà á³î-
ëîã³ÿ, îñíîâíîþ çàäà÷åþ ÿêî¿ º øòó÷íå ñòâîðåííÿ
ì³í³ìàëüíî¿ êë³òèíè. ¯¿ ðåàë³çàö³ÿ íàâðÿä ÷è ìîæëè-
âà áåç ðîçóì³ííÿ ³ ïðàêòè÷íîãî â³äòâîðåííÿ oñíîâ-
íèõ ôóíêö³é á³îìåìáðàí.
A. P. Demchenko
Modern views on the structure and dynamics of biological membranes
Palladin Institute of Biochemistry, NAS of Ukraine
9, Leontovycha Str., Kyiv, Ukraine, 01601
Summary
Essential changes have been recently observed in views on the func-
tioning, structural and dynamic properties of biological membranes.
The previous results on hierarchical cluster-type structure of memb-
ranes and role of protein and lipid components are reconsidered. An
established fact of dramatic difference in lipid composition between
external and internal monolayers of plasma membranes is important
for understanding membrane phenomena. In particular, there exist the
differences between monolayers in surface charge and potential, ion
binding, interaction with protein molecules, etc. A glycolipid compo-
nent of outer monolayer and interaction of inner monolayer with cyto-
skeleton allow the membrane by expanding the asymmetry to attain its
important functional properties. All that requires more critical ap-
proach to numerous data obtained with simplified biomembrane ana-
logs – lipid and protein-lipid bilayer structures. In the attempts to des-
cribe and model the properties of cellular membranes there is a timely
necessity to shift from two-dimensionality (which reduces the analysis
to membrane plane only) to more realistic three-dimensional models.
Keywords: biological membranes, microdomains and rafts, trans-
membrane lipid distribution, biomembrane models.
À. Ï. Äåì÷åíêî
Ñîâðåìåííûå ïðåäñòàâëåíèÿ î ñòðóêòóðå è äèíàìèêå
áèîëîãè÷åñêèõ ìåìáðàí
Ðåçþìå
 ïîñëåäíåå âðåìÿ ïðîèçîøëè ñóùåñòâåííûå èçìåíåíèÿ âî âçãëÿ-
äàõ íà ôóíêöèîíèðîâàíèå è ñòðóêòóðíî-äèíàìè÷åñêèå ñâîéñòâà
áèîëîãè÷åñêèõ ìåìáðàí. Ïåðåñìîòðåíû äàííûå î èåðàðõè÷íîì
êëàñòåðíîì ñòðîåíèè ìåìáðàí è ðîëè áåëêîâûõ è ëèïèäíûõ êîì-
ïîíåíòîâ. Óñòàíîâëåí ôàêò äðàìàòè÷åñêèõ ðàçëè÷èé ëèïèäíîãî
ñîñòàâà ìåæäó íàðóæíûì è âíóòðåííèì ìîíîñëîÿìè ïëàçìàòè-
÷åñêèõ ìåìáðàí, èìåþùèé áîëüøîå çíà÷åíèå äëÿ ïîíèìàíèÿ ìåì-
áðàííûõ ïðîöåññîâ.  ÷àñòíîñòè, ñóùåñòâóþò ðàçëè÷èÿ ìåæäó
ìîíîñëîÿìè â ïîâåðõíîñòíîì çàðÿäå è ïîòåíöèàëå, ñâÿçûâàíèè
èîíîâ, âçàèìîäåéñòâèè ñ áåëêîâûìè ìîëåêóëàìè è ò. ä. Ãëèêîëè-
ïèäíûé êîìïîíåíò âíåøíåãî ìîíîñëîÿ è âçàèìîäåéñòâèå ñ öè-
òîñêåëåòîì âî âíóòðåííåì ìîíîñëîå ïîçâîëÿþò ìåìáðàíå çà
ñ÷åò óãëóáëåíèÿ àñèììåòðèè ïðèîáðåñòè âàæíûå ôóíêöèîíàëü-
íûå ñâîéñòâà. Íåîáõîäèì áîëåå êðèòè÷íûé ïîäõîä ê ìíîãî÷èñ-
ëåííûì ðåçóëüòàòàì, ïîëó÷åííûì ñ óïðîùåííûìè àíàëîãàìè áèî-
ìåìáðàí – ëèïèäíûìè è áåëêîâî-ëèïèäíûìè áèñëîéíûìè ñòðóê-
òóðàìè. Â ïîïûòêàõ îïèñàíèÿ è ìîäåëèðîâàíèÿ ñâîéñòâ êëåòî÷-
íûõ ìåìáðàí ñóùåñòâóåò àêòóàëüíàÿ ïîòðåáíîñòü îòõîäà îò
äâóõìåðíîñòè (÷òî ñâîäèò àíàëèç ëèøü â ïëîñêîñòü ìåìáðàíû) è
ïåðåõîäà ê áîëåå ðåàëèñòè÷íûì òðåõìåðíûì ìîäåëÿì.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: áèîëîãè÷åñêèå ìåìáðàíû, ìèêðîäîìåíû è
ðàôòû, òðàíñìåìáðàííîå ðàñïðåäåëåíèå ëèïèäîâ, ìîäåëè áèî-
ìåìáðàí.
REFERENCES
1. Singer S. J., Nicolson G. L. The fluid mosaic model of the structu-
re of cell membranes // Science.–1972.–175, N 4023.– P. 720–731.
2. Somerharju P., Virtanen J. A.,Cheng K. H. Lateral organisation
of membrane lipids. The superlattice view // Biochim. Biophys.
Acta.–1999.–1440, N 1.–P. 32–48.
3. Vereb G., Szollosi J., Matko J., Nagy P., Farkas T., Vigh L., Ma-
tyus L., Waldmann T. A., Damjanovich S. Dynamic, yet struc-
tured: The cell membrane three decades after the Singer-Ni-
colson model // Proc. Natl Acad. Sci. USA.–2003.–100, N 14.–
P. 8053–8058.
4. Hancock J. F. Lipid rafts: contentious only from simplistic stand-
points // Nat. Rev. Mol. Cell Biol.–2006.–7, N 6.–P. 456–462.
ÑÓ×ÀÑͲ ÓßÂËÅÍÍß ÏÐÎ ÑÒÐÓÊÒÓÐÓ ² ÄÈÍÀ̲ÊÓ Á²ÎËÎò×ÍÈÕ ÌÅÌÁÐÀÍ
35
5. Shaikh S. R., Edidin M. A. Membranes are not just rafts // Chem.
Phys. Lipids.–2006.–144, N 1.–P. 1–3.
6. Kusumi A., Shirai Y. M., Koyama-Honda I., Suzuki K. G., Fuji-
wara T. K. Hierarchical organization of the plasma membrane:
investigations by single-molecule tracking vs. fluorescence cor-
relation spectroscopy // FEBS Lett.–2010.–584, N 9.–P. 1814–
1823.
7. Nichols B. Cell biology: without a raft // Nature.–2005.–436,
N 7051.–P. 638–639.
8. Munro S. Lipid rafts: elusive or illusive? // Cell.–2003.–115, N 4.–
P. 377–388.
9. Quinn P. J. A lipid matrix model of membrane raft structure //
Prog. Lipid Res.–2010.–49, N 4.–P. 390–406.
10. Frye L. D., Edidin M. The rapid intermixing of cell surface anti-
gens after formation of mouse-human heterokaryons // J. Cell
Sci.–1970.–7, N 2.–P. 319–335.
11. Stefanova I., Horejsi V., Ansotegui I. J., Knapp W., Stockinger
H. GPI-anchored cell-surface molecules complexed to protein
tyrosine kinases // Science.–1991.–254, N 5034.–P. 1016–1019.
12. Brown D. The tyrosine kinase connection: how GPI-anchored
proteins activate T cells // Curr. Opin. Immunol.–1993.–5, N 3.–
P. 349–354.
13. Karnovsky M. J., Kleinfeld A. M., Hoover R. L., Klausner R. D.
The concept of lipid domains in membranes // J. Cell Biol.–
1982.–94, N 1.–P. 1–6.
14. London E. How principles of domain formation in model mem-
branes may explain ambiguities concerning lipid raft forma-
tion in cells // Biochim. Biophys. Acta.–2005.–1746, N 3.–
P. 203–220.
15. Lichtenberg D., Goni F. M., Heerklotz H. Detergent-resistant
membranes should not be identified with membrane rafts //
Trends Biochem. Sci.–2005.–30, N 8.–P. 430–436.
16. Morris R. J., Jen A., Warley A. Isolation of nano-meso scale de-
tergent resistant membrane that has properties expected of lipid
«rafts» // J. Neurochem.–2011.–116, N 5.–P. 671–677.
17. Anderson R. G., Jacobson K. A role for lipid shells in targeting
proteins to caveolae, rafts, and other lipid domains // Science.–
2002.–296, N 5574.–P. 1821–1825.
18. Brown D. A. Analysis of raft affinity of membrane proteins by
detergent-insolubility // Methods Mol. Biol.–2007.–398.–P. 9–20.
19. Zidovetzki R., Levitan I. Use of cyclodextrins to manipulate plas-
ma membrane cholesterol content: evidence, misconceptions
and control strategies // Biochim. Biophys. Acta.–2007.–1768,
N 6.–P. 1311–1324.
20. Shvartsman D. E., Gutman O., Tietz A., Henis Y. I. Cyclodex-
trins but not compactin inhibit the lateral diffusion of membrane
proteins independent of cholesterol // Traffic.–2006.–7, N 7.–
P. 917–926.
21. Chapkin R. S., Wang N., Fan Y. Y., Lupton J. R., Prior I. A. Do-
cosahexaenoic acid alters the size and distribution of cell surfa-
ce microdomains // Biochim. Biophys. Acta.–2008.–1778, N 2.–
P. 466–471.
22. Marks D. L., Bittman R., Pagano R. E. Use of Bodipy-labeled
sphingolipid and cholesterol analogs to examine membrane mic-
rodomains in cells // Histochem. Cell Biol.–2008.–130, N 5.–
P. 819–832.
23. Juhasz J., Davis J. H., Sharom F. J. Fluorescent probe partition-
ing in giant unilamellar vesicles of «lipid raft» mixtures // Bio-
chem. J.–2010.–430, N 3.–P. 415–423.
24. Gimpl G., Gehrig-Burger K. Probes for studying cholesterol bin-
ding and cell biology // Steroids.–2011.–76, N 3.–P. 216–231.
25. Klymchenko A. S., Stoeckel H., Takeda K., Mely Y. Fluorescent
probe based on intramolecular proton transfer for fast ratiomet-
ric measurement of cellular transmembrane potential // J. Phys.
Chem. B.–2006.–110, N 27.–P. 13624–13632.
26. Kiss E., Nagy P., Balogh A., Szollosi J., Matko J. Cytometry of
raft and caveola membrane microdomains: from flow and ima-
ging techniques to high throughput screening assays // Cyto-
metry A.–2008.–73, N 7.–P. 599–614.
27. Garcia-Saez A. J., Schwille P. Surface analysis of membrane dy-
namics // Biochim. Biophys. Acta.–2010.–1798, N 4.–P. 766–776.
28. Eggeling C., Ringemann C., Medda R., Schwarzmann G., Sand-
hoff K., Polyakova S., Belov V. N., Hein B., von Middendorff C.,
Schonle A., Hell S. W. Direct observation of the nanoscale dy-
namics of membrane lipids in a living cell // Nature.–2009.–457,
N 7233.–P. 1159–1162.
29. Wenger J., Conchonaud F., Dintinger J., Wawrezinieck L., Ebbe-
sen T. W., Rigneault H., Marguet D., Lenne P. F. Diffusion ana-
lysis within single nanometric apertures reveals the ultrafine cell
membrane organization // Biophys. J.–2007.–92, N 3.–P. 913–919.
30. van Zanten T. S., Cambi A., Garcia-Parajo M. F. A nanometer
scale optical view on the compartmentalization of cell membra-
nes // Biochim. Biophys. Acta.–2010.–1798, N 4.–P. 777–787.
31. Day C. A., Kenworthy A. K. Tracking microdomain dynamics in
cell membranes // Biochim. Biophys. Acta.–2009.–1788, N 1.–
P. 245–253.
32. Ritchie K., Shan X. Y., Kondo J., Iwasawa K., Fujiwara T., Ku-
sumi A. Detection of non-Brownian diffusion in the cell memb-
rane in single molecule tracking // Biophys. J.–2005.–88, N 3.–
P. 2266–2277.
33. He H. T., Marguet D. Detecting nanodomains in living cell mem-
brane by fluorescence correlation spectroscopy // Annu. Rev. Phys.
Chem.–2011.–62.–P. 417–436.
34. Wawrezinieck L., Rigneault H., Marguet D., Lenne P. F. Fluores-
cence correlation spectroscopy diffusion laws to probe the sub-
micron cell membrane organization // Biophys. J.–2005.–89,
N 6.–P. 4029–4042.
35. Loura L. M., de Almeida R. F., Silva L. C., Prieto M. FRET analy-
sis of domain formation and properties in complex membrane sys-
tems // Biochim. Biophys. Acta.–2009.–1788, N 1.–P. 209–224.
36. Rao M., Mayor S. Use of Forster’s resonance energy transfer
microscopy to study lipid rafts // Biochim. Biophys. Acta.–
2005.–1746, N 3.–P. 221–233.
37. Levitt J. A., Matthews D. R., Ameer-Beg S. M., Suhling K. Fluo-
rescence lifetime and polarization-resolved imaging in cell bio-
logy // Curr. Opin. Biotechnol.–2009.–20, N 1.–P. 28–36.
38. de Almeida R. F., Loura L. M., Prieto M. Membrane lipid do-
mains and rafts: current applications of fluorescence lifetime
spectroscopy and imaging // Chem. Phys. Lipids.–2009.–157,
N 2.–P. 61–77.
39. Gavutis M., Lata S., Piehler J. Probing 2-dimensional protein-
protein interactions on model membranes // Nat. Protoc.–2006.–
1, N 4.–P. 2091–2103.
40. Bagatolli L. A., Ipsen J. H., Simonsen A. C., Mouritsen O. G. An
outlook on organization of lipids in membranes: searching for a
realistic connection with the organization of biological memb-
ranes // Prog. Lipid Res.–2010.–49, N 4.–P. 378–389.
41. Almeida P. F., Pokorny A., Hinderliter A. Thermodynamics of
membrane domains // Biochim. Biophys. Acta.–2005.–1720,
N 1–2.–P. 1–13.
42. Turner M. S., Sens P., Socci N. D. Nonequilibrium raftlike mem-
brane domains under continuous recycling // Phys. Rev. Lett.–
2005.–95, N 16.–168301.
43. Perlmutter J. D., Sachs J. N. Interleaflet interaction and asym-
metry in phase separated lipid bilayers: molecular dynamics si-
mulations // J. Am. Chem. Soc.–2011.–133, N 17.–P. 6563–
6577.
ÄÅÌ×ÅÍÊÎ Î. Ï.
36
44. Silva L. C., Futerman A. H., Prieto M. Lipid raft composition
modulates sphingomyelinase activity and ceramide-induced
membrane physical alterations // Biophys. J.–2009.–96, N 8.–
P. 3210–3222.
45. Nicolini C., Baranski J., Schlummer S., Palomo J., Lumbier-
res-Burgues M., Kahms M., Kuhlmann J., Sanchez S., Gratton
E., Waldmann H., Winter R. Visualizing association of N-ras in
lipid microdomains: influence of domain structure and interfaci-
al adsorption // J. Am. Chem. Soc.–2006.–128, N 1.–P. 192–201.
46. Marsh D. Protein modulation of lipids, and vice-versa, in memb-
ranes // Biochim. Biophys. Acta.–2008.–1778, N 7–8.–P. 1545–
1575.
47. Bacia K., Schuette C. G., Kahya N., Jahn R., Schwille P. SNAREs
prefer liquid-disordered over «raft» (liquid-ordered) domains when
reconstituted into giant unilamellar vesicles // J. Biol. Chem.–
2004.–279, N 36.–P. 37951–37955.
48. Lingwood D., Ries J., Schwille P., Simons K. Plasma membra-
nes are poised for activation of raft phase coalescence at physio-
logical temperature // Proc. Natl Acad. Sci. USA.–2008.–105,
N 29.–P. 10005–10010.
49. Baumgart T., Hammond A. T., Sengupta P., Hess S. T., Holowka
D. A., Baird B. A., Webb W. W. Large-scale fluid/fluid phase
separation of proteins and lipids in giant plasma membrane vesi-
cles // Proc. Natl Acad. Sci. USA.–2007.–104, N 9.–P. 3165–
3170.
50. Veatch S. L., Cicuta P., Sengupta P., Honerkamp-Smith A., Ho-
lowka D., Baird B. Critical fluctuations in plasma membrane
vesicles // ACS Chem. Biol.–2008.–3, N 5.–P. 287–293.
51. Fantini J., Barrantes F. J. Sphingolipid/cholesterol regulation
of neurotransmitter receptor conformation and function // Bio-
chim. Biophys. Acta.–2009.–1788, N 11.–P. 2345–2361.
52. Loor F. Plasma membrane and cell cortex interactions in lym-
phocyte functions // Adv. Immunol.–1980.–30.–P. 1–120.
53. Spiegel S., Kassis S., Wilchek M., Fishman P. H. Direct visuali-
zation of redistribution and capping of fluorescent gangliosides
on lymphocytes // J. Cell Biol.–1984.–99, N 5.–P. 1575–1581.
54. Delaunay J. L., Breton M., Trugnan G., Maurice M. Differential
solubilization of inner plasma membrane leaflet components by
Lubrol WX and Triton X-100 // Biochim. Biophys. Acta.–2008.–
1778, N 1.–P. 105–112.
55. Boon J. M., Smith B. D. Chemical control of phospholipid distribu-
tion across bilayer membranes // Med. Res. Rev.–2002.–22, N 3.–
P. 251–281.
56. Seigneuret M., Devaux P. F. ATP-dependent asymmetric distri-
bution of spin-labeled phospholipids in the erythrocyte membra-
ne: relation to shape changes // Proc. Natl Acad. Sci. USA.–1984.–
81, N 12.–P. 3751–3755.
57. McIntyre J. C., Sleight R. G. Fluorescence assay for phospho-
lipid membrane asymmetry // Biochemistry.–1991.–30, N 51.–
P. 11819–11827.
58. Ramirez D. M., Ogilvie W. W., Johnston L. J. NBD-cholesterol
probes to track cholesterol distribution in model membranes //
Biochim. Biophys. Acta.–2010.–1798, N 3.–P. 558–568.
59. Best M. D., Rowland M. M., Bostic H. E. Exploiting bioortho-
gonal chemistry to elucidate protein-lipid binding interactions
and other biological roles of phospholipids // Acc. Chem. Res.–
2011.–44, N 9.–Ð. 686–698.
60. van Engeland M., Nieland L. J., Ramaekers F. C., Schutte B.,
Reutelingsperger C. P. Annexin V-affinity assay: a review on an
apoptosis detection system based on phosphatidylserine expo-
sure // Cytometry.–1998.–31, N 1.–P. 1–9.
61. Ohno-Iwashita Y., Shimada Y., Hayashi M., Iwamoto M., Iwa-
shita S., Inomata M. Cholesterol-binding toxins and anti-chole-
sterol antibodies as structural probes for cholesterol localizati-
on // Subcell. Biochem.–2010.–51.–P. 597–621.
62. Chap H. J., Zwaal R. F., van Deenen L. L. Action of highly pu-
rified phospholipases on blood platelets. Evidence for an asym-
metric distribution of phospholipids in the surface membrane //
Biochim. Biophys. Acta.–1977.–467, N 2.–P. 146–164.
63. Zachowski A. Phospholipids in animal eukaryotic membranes:
transverse asymmetry and movement // Biochem. J.–1993.–294,
Pt 1.–P. 1–14.
64. Kiessling V., Wan C., Tamm L. K. Domain coupling in asymmet-
ric lipid bilayers // Biochim. Biophys. Acta.–2009.–1788, N 1.–
P. 64–71.
65. Rog T., Pasenkiewicz-Gierula M., Vattulainen I., Karttunen M.
Ordering effects of cholesterol and its analogues // Biochim. Bio-
phys. Acta.–2009.–1788, N 1.–P. 97–121.
66. Wang T. Y., Silvius J. R. Cholesterol does not induce segregation
of liquid-ordered domains in bilayers modeling the inner leaflet
of the plasma membrane // Biophys. J.–2001.–81, N 5.–P. 2762–
2773.
67. Martinez-Seara H., Rog T., Pasenkiewicz-Gierula M., Vattulai-
nen I., Karttunen M., Reigada R. Interplay of unsaturated phos-
pholipids and cholesterol in membranes: effect of the double-
bond position // Biophys. J.–2008.–95, N 7.–P. 3295–3305.
68. Di Paolo G., De Camilli P. Phosphoinositides in cell regula-
tion and membrane dynamics // Nature.–2006.–443, N 7112.–
P. 651–657.
69. Fadeel B., Xue D. The ins and outs of phospholipid asymmetry
in the plasma membrane: roles in health and disease // Crit. Rev.
Biochem. Mol. Biol.–2009.–44, N 5.–P. 264–277.
70. Mesmin B., Maxfield F. R. Intracellular sterol dynamics // Bio-
chim. Biophys. Acta.–2009.–1791, N 7.–P. 636–645.
71. Lange Y., Steck T. L. Cholesterol homeostasis and the escape ten-
dency (activity) of plasma membrane cholesterol // Prog. Lipid
Res.–2008.–47, N 5.–P. 319–332.
72. Epand R. M. Proteins and cholesterol-rich domains // Biochim.
Biophys. Acta.–2008.–1778, N 7–8.–P. 1576–1582.
73. Contreras F. X., Sanchez-Magraner L., Alonso A., Goni F. M.
Transbilayer (flip-flop) lipid motion and lipid scrambling in
membranes // FEBS Lett.–2010.–584, N 9.–P. 1779–1786.
74. Poulsen L. R., Lopez-Marques R. L., Palmgren M. G. Flippases:
still more questions than answers // Cell. Mol. Life Sci.–2008.–
65, N 20.–P. 3119–3125.
75. Devaux P. F., Herrmann A., Ohlwein N., Kozlov M. M. How li-
pid flippases can modulate membrane structure // Biochim. Bio-
phys. Acta.–2008.–1778, N 7–8.–P. 1591–1600.
76. Demchenko A. P., Yesylevskyy S. O. Nanoscopic description of
biomembrane electrostatics: results of molecular dynamics simu-
lations and fluorescence probing // Chem. Phys. Lipids.–2009.–
160, N 2.–P. 63–84.
77. Pohl A., Lopez-Montero I., Rouviere F., Giusti F., Devaux P. F.
Rapid transmembrane diffusion of ceramide and dihydrocera-
mide spin-labelled analogues in the liquid ordered phase // Mol.
Membr. Biol.–2009.–26, N 3.–P. 194–204.
78. Bennett W. F., MacCallum J. L., Hinner M. J., Marrink S. J., Tie-
leman D. P. Molecular view of cholesterol flip-flop and chemi-
cal potential in different membrane environments // J. Am. Chem.
Soc.–2009.–131, N 35.–P. 12714–12720.
79. Sanyal S., Menon A. K. Flipping lipids: why an’ what’s the rea-
son for? // ACS Chem. Biol.–2009.–4, N 11.–P. 895–909.
80. Collins M. D. Interleaflet coupling mechanisms in bilayers of
lipids and cholesterol // Biophys. J.–2008.–94, N 5.–P. L32–34.
81. Collins M. D., Keller S. L. Tuning lipid mixtures to induce or sup-
press domain formation across leaflets of unsupported asym-
ÑÓ×ÀÑͲ ÓßÂËÅÍÍß ÏÐÎ ÑÒÐÓÊÒÓÐÓ ² ÄÈÍÀ̲ÊÓ Á²ÎËÎò×ÍÈÕ ÌÅÌÁÐÀÍ
37
metric bilayers // Proc. Natl Acad. Sci. USA.–2008.–105, N 1.–
P. 124–128.
82. Putzel G. G., Schick M. Phase behavior of a model bilayer mem-
brane with coupled leaves // Biophys. J.–2008.–94, N 3.–
P. 869–877.
83. Horner A., Antonenko Y. N., Pohl P. Coupled diffusion of peri-
pherally bound peptides along the outer and inner membrane
leaflets // Biophys. J.–2009.–96, N 7.–P. 2689–2695.
84. Gri G., Molon B., Manes S., Pozzan T., Viola A. The inner side of
T cell lipid rafts // Immunol. Lett.–2004.–94, N 3.–P. 247–252.
85. Wu M., Holowka D., Craighead H. G., Baird B. Visualization of
plasma membrane compartmentalization with patterned lipid bi-
layers // Proc. Natl Acad. Sci USA.–2004.–101, N 38.–P. 13798–
13803.
86. Westerlund B., Slotte J. P. How the molecular features of glyco-
sphingolipids affect domain formation in fluid membranes // Bio-
chim. Biophys. Acta.–2009.–1788, N 1.–P. 194–201.
87. Prinetti A., Loberto N., Chigorno V., Sonnino S. Glycosphingo-
lipid behaviour in complex membranes // Biochim. Biophys. Ac-
ta.–2009.–1788, N 1.–P. 184–193.
88. Mishra S., Joshi P. G. Lipid raft heterogeneity: an enigma // J.
Neurochem.–2007.–103, Suppl 1.–P. 135–142.
89. Valensin S., Paccani S. R., Ulivieri C., Mercati D., Pacini S.,
Patrussi L., Hirst T., Lupetti P., Baldari C. T. F-actin dynamics
control segregation of the TCR signaling cascade to clustered li-
pid rafts // Eur. J. Immunol.–2002.–32, N 2.–P. 435–446.
90. Chichili G. R., Rodgers W. Cytoskeleton-membrane interacti-
ons in membrane raft structure // Cell. Mol. Life Sci.–2009.–66,
N 14.–P. 2319–2328.
91. Meiri K. F. Membrane/cytoskeleton communication // Subcell.
Biochem.–2004.–37.–P. 247–282.
92. Andrews N. L., Lidke K. A., Pfeiffer J. R., Burns A. R., Wilson B.
S., Oliver J. M., Lidke D. S. Actin restricts FcepsilonRI diffusion
and facilitates antigen-induced receptor immobilization // Nat.
Cell Biol.–2008.–10, N 8.–P. 955–963.
93. Kabouridis P. S. Lipid rafts in T cell receptor signalling // Mol.
Membr. Biol.–2006.–23, N 1.–P. 49–57.
94. Doherty G. J., McMahon H. T. Mediation, modulation, and con-
sequences of membrane-cytoskeleton interactions // Annu. Rev.
Biophys.–2008.–37.–P. 65–95.
95. Manno S., Takakuwa Y., Mohandas N. Identification of a func-
tional role for lipid asymmetry in biological membranes: Phos-
phatidylserine-skeletal protein interactions modulate membrane
stability // Proc. Natl Acad. Sci. USA.–2002.–99, N 4.–P. 1943–
1948.
96. Demchenko A. P., Mely Y., Duportail G., Klymchenko A. S. Mo-
nitoring biophysical properties of lipid membranes by environ-
ment-sensitive fluorescent probes // Biophys. J.–2009.–96, N 9.–
P. 3461–3470.
97. Yeung T., Gilbert G. E., Shi J., Silvius J., Kapus A., Grinstein S.
Membrane phosphatidylserine regulates surface charge and pro-
tein localization // Science.–2008.–319, N 5860.–P. 210–213.
98. Gurtovenko A. A., Vattulainen I. Effect of NaCl and KCl on
phosphatidylcholine and phosphatidylethanolamine lipid memb-
ranes: insight from atomic-scale simulations for understanding
salt-induced effects in the plasma membrane // J. Phys. Chem.
B.–2008.–112, N 7.–P. 1953–1962.
99. Gurtovenko A. A.,Vattulainen I. Intrinsic potential of cell memb-
ranes: opposite effects of lipid transmembrane asymmetry and
asymmetric salt ion distribution // J. Phys. Chem. B.–2009.–113,
N 20.–P. 7194–7198.
100. Lee S. J., Song Y., Baker N. A. Molecular dynamics simulations
of asymmetric NaCl and KCl solutions separated by phospha-
tidylcholine bilayers: potential drops and structural changes
induced by strong Na+-lipid interactions and finite size effects //
Biophys. J.–2008.–94, N 9.–P. 3565–3576.
101. Vacha R., Jurkiewicz P., Petrov M., Berkowitz M. L., Bockmann R.
A., Barucha-Kraszewska J., Hof M., Jungwirth P. Mechanism
of interaction of monovalent ions with phosphatidylcholine li-
pid membranes // J. Phys. Chem. B.–2010.–114, N 29.–P. 9504–
9509.
102. Demchenko A. P. Introduction to fluorescence sensing.– Amster-
dam: Springer, 2009.–590 p.
103. Demchenko A. P. The concept of lambda-ratiometry in fluorescen-
ce sensing and imaging // J. Fluoresc.–2010.–20, N 5.–P. 1099–
1128.
104. Klymchenko A. S., Duportail G., Ozturk T., Pivovarenko V. G.,
Mely Y., Demchenko A. P. Novel two-band ratiometric fluores-
cence probes with different location and orientation in phospho-
lipid membranes // Chem. Biol.–2002.–9, N 11.–P. 1199–1208.
105. Millard A. C., Jin L., Wei M. D., Wuskell J. P., Lewis A., Loew
L. M. Sensitivity of second harmonic generation from styryl dy-
es to transmembrane potential // Biophys. J.–2004.–86, N 2.–
P. 1169–1176.
106. Jin L., Millard A. C., Wuskell J. P., Dong X., Wu D., Clark H. A.,
Loew L. M. Characterization and application of a new optical
probe for membrane lipid domains // Biophys. J.–2006.–90, N 7.–
P. 2563–2575.
107. Kim H. M., Choo H. J., Jung S. Y., Ko Y. G., Park W. H., Jeon S.
J., Kim C. H., Joo T., Cho B. R. A two-photon fluorescent probe
for lipid raft imaging: C-laurdan // Chembiochem.–2007.–8, N 5.–
P. 553–559.
108. Kim H. M., Jeong B. H., Hyon J. Y., An M. J., Seo M. S., Hong J.
H., Lee K. J., Kim C. H., Joo T., Hong S. C., Cho B. R. Two-
photon fluorescent turn-on probe for lipid rafts in live cell and
tissue // J. Am. Chem. Soc.–2008.–130, N 13.–P. 4246–4247.
109. Shynkar V. V., Klymchenko A. S., Kunzelmann C., Duportail G.,
Muller C. D., Demchenko A. P., Freyssinet J. M., Mely Y. Fluo-
rescent biomembrane probe for ratiometric detection of apop-
tosis // J. Am. Chem. Soc.–2007.–129, N 7.–P. 2187–2193.
110. Goldenberg N. M., Steinberg B. E. Surface charge: a key deter-
minant of protein localization and function // Cancer Res.–2010.–
70, N 4.–P. 1277–1280.
111. Hynes R. O. Integrins: bidirectional, allosteric signaling machi-
nes // Cell.–2002.–110, N 6.–P. 673–687.
112. Chichili G. R., Westmuckett A. D., Rodgers W. T cell signal regula-
tion by the actin cytoskeleton // J. Biol. Chem.–2010.–285, N 19.–
P. 14737–14746.
113. Yokosuka T., Saito T. The immunological synapse, TCR micro-
clusters, and T cell activation // Curr. Top. Microbiol. Immunol.–
2010.–340.–P. 81–107.
114. van Meer G. Cellular lipidomics // EMBO J.–2005.–24, N 18.–
P. 3159–3165.
Received 07.06.11
ÄÅÌ×ÅÍÊÎ Î. Ï.
38
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-156713 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7657 |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-07T18:08:40Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Demchenko, A.P. 2019-06-18T19:47:02Z 2019-06-18T19:47:02Z 2012 Modern views on the structure and dynamics of biological membranes / A.P. Demchenko // Вiopolymers and Cell. — 2012. — Т. 28, № 1. — С. 24-38. — Бібліогр.: 114 назв. — англ., укр. 0233-7657 DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.000029 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/156713 76.314:577.352 Essential changes have been recently observed in views on the functioning, structural and dynamic properties of biological membranes. The previous results on hierarchical cluster-type structure of membranes and role of protein and lipid components are reconsidered. An established fact of dramatic difference in lipid composition between external and internal monolayers of plasma membranes is important for understanding membrane phenomena. In particular, there exist the differences between monolayers in surface charge and potential, ion binding, interaction with protein molecules, etc. A glycolipid component of outer monolayer and interaction of inner monolayer with cytoskeleton allow the membrane by expanding the asymmetry to attain its important functional properties. All that requires more critical approach to numerous data obtained with simplified biomembrane analogs – lipid and protein-lipid bilayer structures. In the attempts to describe and model the properties of cellular membranes there is a timely necessity to shift from two-dimensionality (which reduces the analysis to membrane plane only) to more realistic three-dimensional models. Останнім часом відбулися істотні зміни у поглядах на функціонування і структурно-динамічні властивості біологічних мембран. Переглянуто дані щодо ієрархічної кластерної будови мембран і ролі білкових і ліпідних компонентів. Встановлено факт драматичної різниці ліпідного складу між зовнішнім і внутрішнім моношарами плазматичних мембран, який має важливе значення для розуміння мембранних процесів. Зокрема, існують відмінності між моношарами у поверхневому заряді і потенціалі, зв’язуванні іонів, взаємодії з молекулами білків тощо. Гліколіпідний компонент зовнішнього моношару і взаємодія з цитоскелетом внутрішнього моношару дозволяють мембрані через поглиблення асиметрії набути важливих функціональних властивостей. Необхідний більш критичний підхід до результатів, одержаних зі спрощеними аналогами біомембран – ліпідними і білково-ліпідними бішаровими структурами. У спробах описання і моделювання властивостей клітинних мембран існує потреба відходу від двовимірності (що зводить аналіз лише в площину мембрани) і переходу до більш реалістичних тривимірних моделей. В последнее время произошли существенные изменения во взглядах на функционирование и структурно-динамические свойства биологических мембран. Пересмотрены данные о иерархичном кластерном строении мембран и роли белковых и липидных компонентов. Установлен факт драматических различий липидного состава между наружным и внутренним монослоями плазматических мембран, имеющий большое значение для понимания мембранных процессов. В частности, существуют различия между монослоями в поверхностном заряде и потенциале, связывании ионов, взаимодействии с белковыми молекулами и т. д. Гликолипидный компонент внешнего монослоя и взаимодействие с цитоскелетом во внутреннем монослое позволяют мембране за счет углубления асимметрии приобрести важные функциональные свойства. Необходим более критичный подход к многочисленным результатам, полученным с упрощенными аналогами биомембран – липидными и белково-липидными бислойными структурами. В попытках описания и моделирования свойств клеточных мембран существует актуальная потребность отхода от двухмерности (что сводит анализ лишь в плоскость мембраны) и перехода к более реалистичным трехмерным моделям. en Інститут молекулярної біології і генетики НАН України Вiopolymers and Cell Reviews Modern views on the structure and dynamics of biological membranes Сучасні уявлення про структуру і динаміку біологічних мембран Современные представления о структуре и динамике биологических мембран Article published earlier |
| spellingShingle | Modern views on the structure and dynamics of biological membranes Demchenko, A.P. Reviews |
| title | Modern views on the structure and dynamics of biological membranes |
| title_alt | Сучасні уявлення про структуру і динаміку біологічних мембран Современные представления о структуре и динамике биологических мембран |
| title_full | Modern views on the structure and dynamics of biological membranes |
| title_fullStr | Modern views on the structure and dynamics of biological membranes |
| title_full_unstemmed | Modern views on the structure and dynamics of biological membranes |
| title_short | Modern views on the structure and dynamics of biological membranes |
| title_sort | modern views on the structure and dynamics of biological membranes |
| topic | Reviews |
| topic_facet | Reviews |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/156713 |
| work_keys_str_mv | AT demchenkoap modernviewsonthestructureanddynamicsofbiologicalmembranes AT demchenkoap sučasníuâvlennâprostrukturuídinamíkubíologíčnihmembran AT demchenkoap sovremennyepredstavleniâostruktureidinamikebiologičeskihmembran |