Мицеллообразование фосфолипидов

Как уже говорилось ранее, наличие у молекул ФЛ двух частей – сильно полярной «головки» и неполярных жирнокислотных цепей, препятствует их растворимости в воде и других полярных растворителях, однако это обуславливает их способность образовывать мембраны. Локализация углеводородных цепей ЖК в упорядоченной структуре воды энергетически невыгодна, и именно поэтому ФЛ стремятся к образованию везикулярных или мицеллярных дисперсий (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Формы ориентации молекул ФЛ в воде. Образование мицелл, липосом, ламеллярных структур

На электронных микрофотографиях таких дисперсий обнаружены слоистые структуры, замыкающиеся друг с другом с образованием мембранных оболочек, которые оказались внешне чрезвычайно похожими на мембраны клеток. Вскоре было показано, что если в контактирующем с ФЛ водном растворе присутствуют ионы, то они включаются в образующуюся внутреннюю водную область и удерживаются там длительное время. Это происходит за счет того, что создаваемые фосфолипидами слоистые мембранные оболочки захватывают при замыкании часть водного раствора и обладают свойствами полупроницаемого барьера, легко пропускающего воду, но ограничивающего диффузию растворенных в ней других веществ [10, 11]. ФЛ, являющиеся основными компонентами и строительными блоками биомембран, могут в водном окружении спонтанно образовывать замкнутые мембранные структуры. Это открытие сыграло большую роль в мембранологии. Энергетически выгодное расположение для таких амфифильных соединений как ФЛ – мономолекулярный слой на поверхности раздела между водой и гидрофобной средой; в таком случае полярные "головки" ориентированы в сторону воды, а жирнокислотные цепи погружены в неполярную среду (рис. 1.6). Поэтому в водной среде молекулы ФЛ ассоциируются друг с другом, образуя микроскопические ассоциаты или бислои, в которых расположенные внутри гидрофобные цепи ("хвосты") защищены от воды полярными головками. Стремление максимально ограничить контакт неполярных цепей липида с водой приводит к тому, что бислой при его достаточной протяженности, может замыкаться сам на себя, формируя сферические полые оболочечные структуры, получившие название везикулы.

Обычно названия "липосомы" и "липидные везикулы" используют как синонимы, но необходимо отметить, что липосомами впервые были названы частицы, образующиеся при механическом диспергировании взвеси ФЛ в воде. В этом случае образуются большого размера (до 50 мкм), состоящие из нескольких десятков липидных бислоев, разделенных водными промежутками (мультиламеллярные) везикулы (липосомы), имеющие недостаточно развитую поверхность [12, 13].

Применение специальных технологий (ультразвук, детергенты и др.) позволяет получить моноламеллярные липосомы с большей поверхностью, диаметром 100 – 200 нм, которые сохраняют некоторое количество захваченной при замыкании водной фазы, окруженной бислойной фосфолипидной оболочкой (рис. 1.6). Наиболее мелкие фосфолипидные частицы (менее 100 нм) с высокоразвитой поверхностью, с полярными группами снаружи и жирнокислотными цепями внутри называют мицеллами. В отличие от липосом, они не имеют внутреннего водного объема.

Формы самоорганизации ФЛ в воде определяются зарядом их полярных головок и соотношением объемов, занимаемых головками и неполярными жирнокислотными цепями. Когда эти объемы примерно одинаковы, т. е. когда молекулы липида имеют цилиндрические очертания, преобладает тенденция к образованию бислоя. Если же объем полярной головки больше объема цепей, то молекула по форме приближается к обращенному конусу, и в водном окружении она будет находиться в мицеллярной фазе [14].

Липидная мицелла может быть окружена предпочтительно ионами водорода или гидроксильными группами окружающей ее воды. Поэтому по своим физическим свойствам вода вблизи поверхности мицеллы заметно отличается от остальной.