2. Дефектні зони. Роль холестерину
Різні види рухливості ліпідних компонентів у бішарі порушують гомогенну упаковку і призводять до утворення різних дефектів. Висока швидкість обертання жирно-кислотних радикалів навколо С-С-зв'язків, а також наявність у складі мембранних фосфоліпідів цис-ізомерів ненасичених жирних кислот роблять бішар досить рихлим. Утворення дефектів такого роду демонструє рис. 4.2.
Рис. 4.2. Утворення дефектів в мембранному бішарі. А – обидва жирнокислотні ланцюги молекули фосфоліпіду знаходяться в транс-конфігурації, обертання навколо С-С зв'язків (вказане круговими стрілками), нічим не обмежене (I); в результаті неузгодженого обертання утворюється скошена (гош-) конформація (II) або кінк (III); Б – вплив кінку на упаковку бішару: I – кінки відсутні, II – один кінк на жирнокислотний ланцюг, III – два кінки на жирнокислотний ланцюг.
Розглянемо спочатку насичені вуглеводневі ланцюги (рис. 4.2). Найбільш стабільна транс-конформація (I), в якій ланцюг максимально витягнутий і не змінює свого напрямку, тоді, як в гош-конформації його напрям змінюється (II) і утворюється дефект упаковки. Послідовність гош-транс-гош для трьох суміжних С-С зв'язків призводить до появи в ланцюзі зламу (кінк), в результаті чого ділянки ланцюга вище і нижче зламу виявляються значно зміщеними одна відносно іншої (III) – утворюється дефект.
У випадку ненасичених жирних кислот майже всі подвійні зв'язку в мембранних ліпідах знаходяться у цис-формі. Як і в випадку гош-форми, це призводить до зміни загального напрямку ланцюга – утворюється дефект. В результаті появи дефектів бішар стає більш рихлим. Їх концентрація і рухливість залежить від температури (рис. 4.3).
Рис. 4.3. Зміна упаковки бішару при термоіндукованому фазовому переході (від А до Б) і при вбудовуванні в бішар молекул холестерину (від Б до В). Вказані товщина бішару в ангстремах і площа перерізу, яку займає кожна молекула фосфоліпіду.
Жирнокислотні радикали бішару не розпрямлені повністю, а утворюють рихлі структури. Через цей факт площа мембрани виявляється дещо більшою. Вбудовування холестерину в бішар робить можливим зміни форми мембран у результаті значної деформації обох сторін ліпідного бішару, оскільки, на відміну від фосфоліпідів, холестерин може легко переміщатися з одного моношару в інший.
У фазі гелю насичені вуглеводневі ланцюги фосфоліпідів знаходяться переважно в повністю транс-конформації; насичені фосфатидилетаноламіни у фазі гелю упаковуються так, що їх ацильні ланцюги розташовуються перпендикулярно площині бішару.
На рисунках ланцюги фосфоліпідів у бішарі, як правило, представляють скошеними щодо перпендикулярної осі мембран. Кут нахилу ланцюгів визначається природою полярної головки молекули: нахил виникає в тому випадку, якщо об’єм гідратованої голови молекули більший площі перерізу її хвостової частини.
Підвищена щільність упаковки (структуризація) бішару збільшує опір дифузії молекул, які транспортуються через мембрану, та підвищує її мікров'язкість. Тому швидкість переміщення молекул залежить від мікров'язкості мембран, яка, в свою чергу, визначається відносним вмістом насичених і ненасичених жирних кислот у складі ліпідів. Мікров'язкість мембран менша, якщо в складі ліпідів переважають ненасичені жирні кислоти, і більша при високому вмісті насичених жирних кислот. На цей параметр впливають навіть розміри вуглеводневих «хвостів» ліпідів, зі збільшенням довжини яких мікров'язкість бішару зменшується.