mang tớnh hợp tỏc
Một đặc điểm quan trọng của cỏc lớp kộp lipid là chỳng là cỏc cấu trỳc mang tớnh hợp tỏc. Chỳng được giữ lại với nhau bởi nhiều lực tương tỏc tăng cường tớnh vững chắc và khụng cộng hoỏ trị. Cỏc phospholipid và glycolipid tụm lại ở trong nước để giảm thiểu số lượng cỏc chuỗi hydrocarbon lộ ra. Sự cụm lại cũng tạo điều kiện thuận lợi bởi lực hấp dẫn Van der Waals giữa cỏc chuỗi hydrocarbon cạnh nhau. Những yếu tốđộng lực này tạo ra 3 kết quả mang tớnh sinh học quan trọng: (1) cỏc lớp kộp lipid cú xu thế vốn cú là trải rộng ra, (2) cỏc lớp kộp lipid cú xu hướng tự khộp kớn cỏc chuỗi hydrocarbon, chớnh điều này đó tạo nờn sự hỡnh thành của cỏc xoang, và (3) cỏc lớp kộp lipid cú tớnh tự hàn gắn bởi vỡ một lỗ nhỏở trờn một màng kộp là khụng thuận lợi về mặt động học.
* Cỏc thể lipid (liposome) và màng kộp phẳng là cỏc khuụn mẫu cú giỏ trị của màng sinh chất.
Tớnh thấm của lớp kộp lipid đó được đo đạc trong hai hệ thống tổng hợp nhõn tạo: cỏc tỳi lipid và cỏc màng lipid hai lớp phẳng. Những hệ thống mẫu này là cỏc nguồn để nghiờn cứu thấu đỏo về chức năng chớnh của cỏc màng sinh học, đúng vai trũ như là cỏc hàng rào cú thể thấm qua. Cỏc tỳi màng lipid là cỏc khoang cú nước được bao bọc bởi một lớp kộp lipid. Chỳng cú thể được hỡnh thành bởi việc treo lơ lửng một lipid thớch hợp, như
phosphotidyl cholin, trong mụi trường nước. Hỗn hợp này sau đú được tỏc động bằng súng õm ở tần số cao để tạo ra sự phõn tỏn của cỏc tỳi kớn cú kớch thước tương đối đồng nhất. Cỏc tỳi cũng cú thể được tạo ra bằng cỏch trộn nhanh một dung dịch lipid vào trong nước cú ethanol.
Điều này cú thể thực hiện được bằng việc bơm lipid qua một chiếc kim nhỏ vào trong một dung dịch nước. Cỏc tỳi được hỡnh thành bằng cỏc phương phỏp này gần như cú hỡnh cầu và cú đường kớnh khoảng 50nm. Cỏc tỳi lớn hơn (104 ) cú thểđược tạo ra bằng việc từ từ bốc hơi cỏc dung mụi hữu cơ từ một huyền phự của phospholipid trong một hệ thống dung mụi được lắc.
o A
Cỏc ion hay cỏc phõn tử cú thể bị bắt giữ trong cỏc khoang nước của cỏc tỳi lipid bằng việc hỡnh thành cỏc tỳi này với sự cú mặt của cỏc chất đú. Vớ dụ, nếu cỏc tỳi cú đường kớnh 50nm được hỡnh thành trong dung dịch glycine 0,1M, thỡ khoảng 2000 phõn tử glycine sẽ bị bắt giữ ở mỗi khoang nước bờn trong. Những tỳi chứa glycine này cú thể được tỏch khỏi dung dịch bằng thẩm tỏch hay bằng sắc ký lọc gel. Tớnh thấm của màng kộp cú thể được xỏc định bằng việc đo tốc độ chảy ra của glycine từ khoang bờn trong của tỳi chuyển ra dung dịch xung quanh. Cỏc tỳi lipid này khụng chỉ cú giỏ trị trong cỏc nghiờn cứu tớnh thấm. Chỳng hoà nhập với màng của nhiều loại tế bào và do đú cú thểđược sử dụng đểđưa nhiều chất khụng thể thấm qua màng, vào tế bào. Sự dung nhập cú chọn lọc của cỏc tỳi lipid với cỏc loại tế bào là một phương thức đặc biệt đầy hứa hẹn để kiểm soỏt sự phõn phối của thuốc tới cỏc tế bào đớch.
Một màng tổng hợp đó được xỏc định rừ là màng kộp phẳng. Cấu trỳc này cú thểđược hỡnh thành ngang qua một cỏi lỗ 1mm ở chỗ phõn cỏch giữa hai khoang nước. Màng loại này rất phự hợp cho việc nghiờn cứu vềđiện tớch bởi vỡ nú cú kớch cỡ lớn và hỡnh đơn giản. Paul Mueller và Donald Rudin cho thấy rằng một cỏi màng kộp lớn cú thể dễ dàng được hỡnh thành bằng cỏch sau. Một chiếc chổi sơn nhỏđược nhỳng vào trong một dung dịch tạo màng, như photphotidyl cholin trong decan. Đầu của chiếc chổi sơn sau đú được vuốt qua một cỏi lỗ cú đường kớnh 1mm, ở bề mặt phõn cỏch giữa hai mụi trường nước. Màng film lipid trải qua lỗ mỏng tức thỡ được sinh ra. Lipid thừa hỡnh thành một đường gờ ở quanh miệng lỗ. Một chiếc màng hai lớp phẳng bao gồm chủ yếu phosphotidyl choline đó được hỡnh thành trong vũng vài phỳt. Cỏc đặc tớnh dẫn điện của tấm màng kộp lớn này dễ dàng được nghiờn cứu bằng việc đưa vào cỏc điện cực trong mỗi khoang nước. Vớ dụ, tớnh thấm của cỏc ion được xỏc định bằng việc đo đạc dũng điện qua màng thụng qua điện thế giữa hai phớa của màng.
3.8 Cỏc phõn tử lipid và nhiều phõn tử protein khuếch tỏn nhanh chúng trờn mặt phẳng của màng
Cỏc màng sinh học khụng phải là cỏc cấu trỳc cứng nhắc. Ngược lại, cỏc lipid và rất nhiều cỏc phõn tử protein liờn tục di chuyển sang bờn. Điều này được nghiờn cứu bằng nhiều phương phỏp. Một trong cỏc phương phỏp này là kỹ thuật thu hồi huỳnh quang sau tẩy trắng bằng ỏnh sỏng (FRAP: Fluorescence Recovery After Photobleaching). Lipid màng được gắn nhón bằng một chất nhuộm huỳnh quang cũn protein màng cú thể được gắn với cỏc khỏng thể đặc hiệu phỏt huỳnh quang. Sau đú người ta dựng ỏnh sỏng laser
mạnh để phỏ huỷ huỳnh quang của chất đỏnh dấu trong một diện tớch nhỏ và quan sỏt thỡ thấy chỗđó được tẩy huỳnh quang nhanh chúng sẽ phục hồi do sự khuếch tỏn của cỏc phõn tử chưa bị tẩy huỳnh quang di chuyển vào.
Qua cỏc nghiờn cứu người ta thấy cỏc phõn tử lipid di chuyển nhanh hơn cỏc protein (trung bỡnh 2μm/s so với 0,4μm/s). Cú thể là do kớch thước phõn tử và cỏc tương tỏc protein -protein đó ngăn cản một phần sự di chuyển của protein.
Sự quay tự động của phõn tử lipid từ bề mặt này sang bề mặt khỏc của màng là một quỏ trỡnh xảy ra rất chậm so với chuyển động (c) của chỳng (chậm hơn 109 lần). Quỏ trỡnh di chuyển của một phõn tử từ phớa này sang phớa kia của màng được gọi là quỏ trỡnh nhào lộn ngang hay flip – flop (hỡnh 3.10a).
Sự khuếch tỏn xuyờn ngang của cỏc phõn tử protein qua màng thường khụng xảy ra, chớnh vỡ vậy mà cấu trỳc bất đối xứng của màng được duy trỡ. Tuy nhiờn cú những trường hợp sự di động của cỏc phõn tử phospholipid lại rất cần thiết đi từ bề mặt bờn trong của lớp đơn phõn tử lipid (Leaflet) ra lớp đơn phõn tử bờn ngoài của màng. Chẳng hạn ở màng sinh chất vi khuẩn hoặc ở cả màng nhõn chuẩn, lipid mới được tổng hợp từ lớp bờn trong hoặc từ bào quan cũng cần phải được chuyển ra lớp đơn phõn tử bờn ngoài hoặc đi vào cỏc bào quan khỏc. Một họ cỏc protein cú hoạt tớnh xỳc tỏc cho sự khuếch tỏn nhào lộn phõn tử lipid xuyờn quan màng được gọi là Flippase, sẽ tạo điều kiện dễ dàng cho quỏ trỡnh nhào lộn, di chuyển nhanh chúng.
Hỡnh 3.9
Mụ hỡnh cỏc proteinmàng: protein ngoại biờn, protein xuyờn màng, protein liờn kết với lipid Protein cài màng Lớp lipid kộp Protein mỏ neo vào lipid Protein ngoại vi (a) (b) Hỡnh 3.10
Sự nhào lộn "flip-flop" (a) và sang bờn (b) của phõn tử lipid