История экспериментов с билипидными мембранами 

К началу XX века ученые пришли к убеждению, что клетки окружены тонким маслоподобным барьером,[1] но структурная природа этой мембраны была неизвестна. Два эксперимента, проведенные в 1925 году, заложили основу для восполнения этого пробела. Измеряя емкость растворов эритроцитов, Хуго Фрикке определил, что толщина клеточной мембраны составляет 3,3 нм[2].

Хотя результаты этого эксперимента были точными, Фрикке неверно интерпретировал полученные данные, считая, что клеточная мембрана представляет собой один молекулярный слой. Профессор д-р Эверт Гортер[97] (1881-1954) и Ф. Грендель из Лейденского университета подошли к проблеме с другой стороны, распределив липиды эритроцитов в виде монослоя на корыте Ленгмюра-Блоджетт. Когда они сравнили площадь монослоя с площадью поверхности клеток, то обнаружили соотношение два к одному.[3] Более поздние анализы показали несколько ошибок и неверных предположений в этом эксперименте, но, по счастливой случайности, эти ошибки нивелировались, и из этих несовершенных данных Гортер и Грендель сделали правильный вывод - клеточная мембрана представляет собой липидный бислой[4].

Эта теория была подтверждена с помощью электронной микроскопии в конце 1950-х годов. Хотя и не он опубликовал первое электронно-микроскопическое исследование липидных бислоев[5], Дж. Дэвид Робертсон первым утверждал, что две темные электронно-плотные полосы — это головные группы и связанные с ними белки двух противоположных липидных монослоев.[6][7] В этой работе Робертсон выдвинул концепцию "единой мембраны". Это был первый случай, когда бислойная структура была универсально отнесена ко всем клеточным мембранам, а также к мембранам органелл.

Примерно в то же время разработка модельных мембран подтвердила, что липидный бислой — это стабильная структура, которая может существовать независимо от белков. "Нарисовав" раствор липида в органическом растворителе через отверстие, Мюллер и Рудин смогли создать искусственный бислой и определить, что он обладает латеральной текучестью, высоким электрическим сопротивлением и самовосстановлением в ответ на прокол,[8] то есть всеми свойствами естественной клеточной мембраны. Несколько лет спустя Алек Бангхэм показал, что бислои в виде липидных везикул также могут быть сформированы простым воздействием воды на высушенный образец липида[9]. Это было важным достижением, поскольку демонстрировало, что липидные бислои формируются спонтанно путем самосборки и не нуждаются в структурированной опорной структуре.

В 1977 году Кунитаке и Окахата приготовили полностью синтетическую бислойную мембрану из одного органического соединения - дидодецилдиметиламмоний бромида.[10] Это ясно показывает, что бислойная мембрана была собрана под действием межмолекулярных сил.

Модельные билипидные системы

Липидные бислои могут быть созданы искусственно в лаборатории, что позволяет исследователям проводить эксперименты, которые невозможно выполнить с естественными бислоями. Их также можно использовать в области синтетической биологии, чтобы определить границы искусственных клеток. Такие синтетические системы называются модельными липидными бислоями. Существует множество различных типов модельных бислоев, каждый из которых имеет свои экспериментальные преимущества и недостатки. Для их создания могут использоваться как синтетические, так и природные липиды. К наиболее распространенным модельным системам относятся:

• Черные липидные мембраны (BLM)
• Поддерживаемые липидные бислои (SLB)
• Связанные бислойные липидные мембраны (t-BLM)
• Везикулы
• Капельные межфазные бислои (DIBs)

В НПФ «Биотехнологии» вы можете купить оборудование для экспериментов на билипидных мембранах (в том числе модельных) от ведущих мировых производителей. Для выбора оборудования перейдите по ссылке вверху данной статьи.

Список использованной литературы:

1. Loeb J (December 1904). "The recent development of Biology". Science. 20 (519): 777–786.

2.  Fricke H (1925). "The electrical capacity of suspensions with special reference to blood". Journal of General Physiology. 9 (2): 137–52.

3. Gorter E, Grendel F (1925). "On bimolecular layers of lipids on the chromocytes of the blood". Journal of Experimental Medicine. 41 (4): 439–43.

4. Yeagle, Philip (1993). The membranes of cells (2nd ed.). Boston: Academic Press. ISBN 978-0-12-769041-4.

5. Sjöstrand FS, Andersson-Cedergren E, Dewey MM (April 1958). "The ultrastructure of the intercalated discs of frog, mouse and guinea pig cardiac muscle". J. Ultrastruct. Res. 1 (3): 271–87

6. Robertson JD (1960). "The molecular structure and contact relationships of cell membranes". Prog. Biophys. Mol. Biol. 10: 343–418.

7. Robertson JD (1959). "The ultrastructure of cell membranes and their derivatives". Biochem. Soc. Symp. 16: 3–43.

8. Mueller P, Rudin DO, Tien HT, Wescott WC (June 1962). "Reconstitution of cell membrane structure in vitro and its transformation into an excitable system". Nature. 194 (4832): 979–80.

9. Bangham, A. D.; Horne, R. W. (1964). "Negative Staining of Phospholipids and Their Structural Modification by Surface-Active Agents As Observed in the Electron Microscope". Journal of Molecular Biology. 8 (5): 660–668.

10. Kunitake T (1977). "A totally synthetic bilayer membrane". J. Am. Chem. Soc. 99 (11): 3860–3861.