 |
| Большой призматический источник. Фото: Jim Peaco, National Park Service |
Живые существа делятся
на три домена: эукариоты (к ним относимся и мы), бактерии
и археи.
Археи знамениты своей способностью выживать в экстремальных условиях, таких как
горячие источники или соленые озера. В отличие от бактерий и эукариотов, у
архей мембраны — оболочки, защищающие микроорганизмы от внешней среды, —
исключительно прочные и практически не пропускают внутрь клеток воду и ионы.
Кроме того, они остаются в состоянии жидкого кристалла, что необходимо для
жизни клетки, при температурах от 0 до 100 градусов по Цельсию.
Мембраны архей
отличаются от мембран представителей других доменов по составу и структуре. У
бактерий и эукариот мембрану образует двойной слой липидов (класс веществ, в
который входят жиры и подобные им вещества), в большинстве случаев — сложных
фосфолипидов. У молекул, составляющих мембрану, есть гидрофильная часть,
обращенная внутрь клетки («головка»), и гидрофобная часть, обращенная наружу
(«хвост»). У архей гидрофобная часть состоит из разветвленных изопреноидных
цепей, которые соединяются между собой так, что образуют одинарный слой вместо
двойного.
«Хвосты» у архей
«ветвятся». Это происходит за счет того, что у них есть боковые метильные
(—CH3) группы через каждые четыре основных углеродных атома. Ученые
смоделировали «хвосты» с разным количеством метильных групп, из которых на
компьютере собирали виртуальные фрагменты мембраны. Они обнаружили, что без
этих «ответвлений» мембрана получалась слишком жесткой, а если метильных групп
было восемь, модель становилась похожа на естественную мембрану.
Полученный результат
однозначно говорит, что уникальными свойствами архейные мембраны обязаны выбору
химической формулы «гидрофобного хвоста»: ветвящаяся изопреновая структура
позволяет мембране быть одновременно жидкой и очень плотно упакованной,
прочной. «Прямые» жирнокислотные цепи в липидах бактерий и эукариот неизбежно
приводят к фазовому переходу с одной стороны и к температурной потере
стабильности — с другой. Возможно, именно этот «выбор липидов» определил
эволюционную судьбу архей на Земле.
Эти свойства мембран
архей могут быть использованы бионанотехнологами, например, для создания
липосом (пузырьков из фосфолипидов) со свойствами, благодаря которым их можно
будет использовать для целенаправленной доставки лекарств в организме.