Юрин - Основы ксенобиологии - 2001 (947302), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Наличие этих сил в жидкостях становится особенно очевидным у поверхности. В объеме жидкости они действуют во всех направлениях с одинаковой интенсивностью, тогда как на границе раздела воздух-вода 88 В простейшем случае возможно описать большое разнообразие форм кинетических кривых биологической реакции р(С, 1) (см, рис. 4.7). Имеются и более сложные модели. В одной из них рассматривается взаимодействие эффектора с рецепторами двух типов, причем стимулируется образование внутри клетки двух типов медиаторов, взаимно ингибируютцих накопление друг друга в клетке.
Регистрируемая биологическая реакция стимулируется одним из медиаторов. Предполагается также, что существует фоновый приток каждого медиатора, не зависящий от наличия на рецепторах агониста. Рассмотренные закономерности носят достаточно общий характер и справедливы в отношении многих ксенобиотиков. Разумеется, в каждом случае речь должна идгн о вполне конкретных путях проникновения вещества в организм, о механизмах его накопления в тех или иных органах, клетках, субклеточных элементах н, конечно, о конкретных центрах связывания.
Строго говоря, одно вещество может воздействовать на несколько типов центров связывания, вызывая различные сдвиги хода физиолого-биохимических процессов в организме, что в конечном итоге отражается на величине н направлении биологической реакции иа экзогенное соединение. молекулы испытывают лишь ничтожное воздействие газовой фазы и, следовательно, притяжение их жидкостью (водой) почти не имеет противодействия. В результате расположенные на поверхности молекулы втягиваются внутрь жидкой фыы, и поверхность приобретает конфнгуращпо с минимально возможной площадью — именно этим и объясняется сферическая форма капель жидкости и пузырьков газа (рнс.4.9, а).
Рис. 4.9.Схема, иллюстрирующая припвкение, испытуемое молекулами на границе раздела воздух — вода (а), н ориентацию молекул амфифильного вещества на поверхности раздела масло — вода (6) Между молекулами растворителя, находящегося в поверхностном слое и внутри основного объема раствора, происходит постоянный обмен молекулами растворителя. Граница раздела жндкосп — жидкость (т. е. поверхность между двумя несмешивающимися жидкостями) по свойствам подобна границе раздела воздух — вода, за тем лишь существенным исключением, что разница в силах притяжения каждой из жидкостей, действующих на молекулы в поверхностном слое, в этой ситуации значительно меньше, Во многих случаях поверхностное натяжение у границы жидкость- жидкость почти ие отличается от разности величин поверхностного натяжения каждой из жидкостей на ее границе с воздухом.
Амфифильные вещества стремятся сконцентрироваться на границах раздела несмешивающихся жидкостей. Молекулы этих веществ обычно состоят из длннньи углеводородных цепей, связанных с короткой полярной иголовкой». В большинстве случаев полярность «головки» обу- словлена наличием атомов азота или кислорода, не обобществленные пары электронов которых образуют водородные связи с молекулами воды. С другой стороны, для попадания в воду углеводородная цепь должна разорвать водородные связи между молекулами воды, которые энергически препятствует этому разрыву.
Поэтому амфифильные вещества, используя минимум энергии, располагаются на границе раздела масло — вода таким образом, что гидрофильная «головка» находится в воде, а липофильные углеводородные цепи размещаются в масле, взаимодействуя с подобными себе цепями растворителя (см. рис. 4.9, 6). Накопление амфифильного вещества на границе раздела прекращается сразу же после того, как на ней образуется мономолекулярный слой этого вещества. Однако такой монослой является местом постоянного турбулентного обмена с другими молекулами амфифильного вещества, стремящегося занять место в пограничном слое; последний имеет пониженное поверхностное натяжение и легко деформируется.
На границе раздела могут накапливаться как растворимые, так и нерастворимые вещества. Упорядоченное, ориентированное расположение молекул в поверхностном слое и повышенная концентрация вещества в нем обусловливает, как н в случае адсорбции, отличие их химической реакционной способности в поверхностном слое от молекул, находяшихся внутри фаз по обе стороны границы раздела. Например, в поверхностном слое молекулы транс-изомера ненасыщенной алифатической кислоты могуг быть настолько сближены, что двойные связи становятся недоступны для перманганат-иона из прилежащего водного слоя.
Поэтому в этих условиях окисляться будет только цис-изомер, тогда как внутри фазы оба изомера окисляются с одинаковой скоростью. Разбавленные водные растворы амфифильных веществ имеют обычные физические свойства. Однако при определенной высокой концентрации (характерной для каждого вещества) наступает резкое изменение поверхностного натяжения, осмотического давления н электропроводности, обусловленное появлением новой диспергированной фазы, образованной агрегатами, называемыми мичеллами.
Обычно онн имеют почти сферическую форму, т. к. вследствие взаимодействия с окружающей их водой гидрофильные группы вещества располагаются на поверхности сферы, а липофильные углеводородные цепи — внутри ее. Минимальная концентрация вещества, при которой возможно образование мицелл, называется критической мицеллярной концентрацией. Мицеллы — это агрегаты„состоящие из множества молекул, они термодинамически стабильны и не изменяются до тех пор, пока под 90 действием внешних факторов не сместится равновесие, в котором находилась система. Устойчивость мицелл характеризуется скоростью диссоциации, т. е. средним временем пребывания молекул в мицелле. Типичными представителями амфифильных ксенобиотиков являются поверхностно-активные вещества (ПАВ), По характеру диссоциации все ПАВ делятся на: — анионные, функциональные группы, молекулы которых в результате ионизации в растворе образуют отрицательно заряженные ионы, обусловливающие поверхностную активность; — катионные ПАВ, функциональные группы молекул которых в результате ионизации в растворе образуют положительно заряженные ионы, обусловливающие поверхностную активность; — неионогенные, практически не образующие в водном растворе ионов; — амфолитные ПАВ, образующие в водном растворе в зависимости от условий (рН, растворимость и др.) катионные или анионные соединения.
При обработке клеток поэтапно увеличивающейся концентрацией детергента ПАВ выявлены четыре различные стадии: связывание детергента с мембраной, лнзис, диссоциация мембраны на смесь комплексов липид-детергент, протеин — липид-детергент и высвобождение из комплексов чистых белков. Эти стадии могут быть описаны следующим образом: 1) При низких концентрациях молекулы детергента связываются с мембранами, вероятно, посредством внедрения во внешнюю фазу липидного бислоя без существенного изменения его структуры. 2) При повышении концентрации мономеров до определенной величины количество молекул детергента становится достаточным для дестабилизации мембраны. ПАВ, встраиваясь в мембрану, могут образовывать поры, размеры и физико-химические свойства которых зависят от типа и концентрации детергента в растворе.
В этих случаях ПАВ действуют подобно клину, который разрушает естественную ориентацию липндных бислоев в мембране (рис. 4.10). В зависимости от вида ПАВ эти поры деформируются в виде связанных каналов или в виде выемок на поверхности мембраны. В ряде случаев при значительных концентрациях детергента образующиеся в мембране поры имеют очень крупные размеры, через них могут проходить сахара и макромолекулы. 91 91~ Мяя ~" ~~ бО Рнс.4.10. Взанмодействне ПАВ с клеточной мембраной; концентрация возрастает в последовательности а, б, в: 1- молекулы обратукллнх мембрану лнпопротенлов; 3- молекулы ПАВ; светлые части молекул — поларнме, темные — неполлрпме 3) При еще больших концентрациях вся мембрана перемешивается с молекулами детергента, что приводит к фазовому переходу — мембрана распадается на смесь мицелл, содержащих комплексы детергент — лнпид или детергент-липид-протеин.
4) При последующем увеличении концентрации ПАВ отношение липид-белок уменьшается до тех пор, пока не происходит полное разделение фракций белков и липидов. Детергенты связываются с мембраной в очень низких концентрациях. При наблюдении процесса связывания ПАВ с мембраной в широком диапазоне концентраций наблюдаются две стадии. Прн низких концентрациях кривая, характеризующая процесс связывания, имеет насыще- ние, обусловленное предельным числом мест связывания; и вторая стадия — связывание без насыщения при высоких концентрациях.
Что происходит при действии амфильных ксенобиотиков с транспортно-барьерными свойствами мембраны, в частности с селективностью, при действии амфифильных соединений? Известно, что мембрана обладает выраженной селектнвностью по отношению к различным веществам; их коэффициенты проницаемости могут различаться на порядки. Это результат того, что молекулярные и надмолекулярные структуры мембраны упорядочены весьма особенным образом. Естественно, всякие нарушения этой упорядоченности, наступающие при внедрении в мембрану уже сравнительно незначительных количеств детергента, немедленно сказываются на показателях селектнвности, Пока ПАВ относительно малы, большая часть связывающихся с мембраной молекул «разрыхляет» удаленные друг от друга участки мембраны и каждая из них действует как бы независимо.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
