コレステロールがリン脂質二重層の構造に及ぼす影響

相図と様々な相の構造。 （左）温度（摂氏度）とコレステロール濃度の関数としての計算された相図。 黒い線は位相境界を与えます。 色分けは、青は非常に少ない凝縮を示し、オレンジは大きな凝縮効果を示し、与えられた状態点で凝縮効果を与える。 （右）各フェーズの模式図。 Ｌ Ａ、液相中の脂質；Ｐ’β、リップル相；Ｌ’β、傾いた脂質鎖を有するゲル相；Ｌ’ｃ、傾いていない脂質鎖を有するゲル相；ＬＩＩ、小さなコレステロールクラスターを含むｌ’ｃに類似したゲル相；Ｌｏ、液体秩序相。 凝縮効果は、理想的なAM、simおよびAMの間の差として、Å2で定義されます。

非常に高い温度では、最大50モル％のコレステロールの添加は、膜の構造にほとんど影響を与えず、我々はすべての濃度（24）のためのLa相を観察します。 Tp以下の温度では、コレステロールが脂質尾部の傾きを阻害することによってゲル相の構造を変化させ、L’c相の形成を引き起こすことを観察する（20）（図 Eとの5D）。 より高いコレステロール濃度（>20％）では、我々は小さな、コレステロールが豊富なクラスターの形成を観察する。 この相をＬＩＩで示し、この相を図１ ０に示す。 5E.TpとTmの間の温度では、純粋な二重層はリップル相にあり、コレステロールはこのリップル相を変換する（図参照）。 相（２ ３）（図５Ｃ）に移行させる（図５Ｃ）。 5B）。 液体秩序相という用語は、Ｉｐｓｅｎらによって導入された。 (25). 二重層の厚さは、液体の厚さとゲル相との間の中間である。 脂質テール秩序パラメータはゲル相に近い値を有するが，ゲル相とは対照的に脂質はより無秩序であり，傾斜しない。 コレステロールはＬ ａからＬ Ｏへの相転移が起こる温度を徐々に上昇させる。 非常に高いコレステロール濃度では，温度がＴｍ以下に低下すると液体秩序相はゲル相（ＬＩＩ）に変換する。 この段階は、ジパルミトイルホスファチジルコリン（26）のために実験的に観察されているが、我々はこれらの条件でDMPCの実験データを発見していません。 凝縮効果に戻りましょう。 図1.1.1. 図2は、凝縮効果が主遷移Tmのすぐ上の温度で最大であることを示しています。 その理由は、これらの条件では、純粋な二分子層は液体無秩序状態にあるのに対し、二分子層へのコレステロールの添加は、液体無秩序状態に比べてはるかに小さい脂質あたりの面積を有する液体秩序相に変換するからである。 この大きな違いは、大きな凝縮効果を引き起こす。 より高い温度で、液体段階は大いにより小さい凝縮の効果を与えるすべてのコレステロールの集中のために安定している残ります。 より低い温度では、純粋な脂質二重層は、液体秩序相の脂質あたりの面積にはるかに近い脂質あたりの面積を有し、その結果、凝縮効果ははるかに少ない。

上記の結果は、凝縮効果がコレステロールが誘導している相挙動の特定の変化の直接の結果であることを示している。 文献では、その凝縮効果に特異的に関与するコレステロール構造のそれらの側面についての様々な推測がある。 例えば、傘モデルは、リン脂質と比較して、コレステロールの親水性部分がはるかに小さく、水との相互作用からの追加のスクリーニングのために傘としてリン脂質を必要とするという概念に基づいている。 これは、追加の親水性基が特性を完全に変化させることを示唆している。 もう一つの重要な要因はかさばるリング構造です; 我々は尾で環を交換した場合、我々はより多くのアルコール分子（に似ている分子を得る27）。 しかし、疎水性の尾を短くすることはほとんど効果がありません。 図1.1.1. 1はこれらの変更をまねる変更されたコレステロールの分子を示します。 実際には、図中の結果は、図中の結果である。 3Bは、コレステロールの尾を短くすることが同じ凝縮効果を示すことを示す。 しかし、図１ ４に示すように。 図３Ｂは、コレステロール分子の他の修飾の両方について、追加の親水性基を添加し、そして環を直鎖で置換することで、縮合効果が観察されないことを 私たちは反対の効果を観察します: これらの分子を添加することにより、理想的な混合と比較して二分子層がより拡大されるようになる。 分子あたりの面積に対する（より小さい）アルコールの効果は実験的に測定されており、実験データも増加を示している（28）。 これに密接に関連して、相図の両方の場合について、液相は全濃度範囲にわたって安定であることが観察された。 実際、これらの分子を添加すると主転移温度が低下するため、相図に大きな凝縮効果がある領域は存在しないことが観察されています。

コレステロールのこれらの構造変化を用いたシミュレーションは、メカニズムがどのように驚くほど微妙であることを示しています。 純粋な二分子層の主な遷移は疎水性相互作用に非常に敏感である。 脂質の頭部は水から疎水性の尾を選別する。 高温では、脂質あたりの面積は高く、このスクリーニングは最適ではありませんが、これらの条件では鎖エントロピーが支配的です。 温度を低下させることは、疎水性相互作用をスクリーニングすることがますます重要になり、主転移で最終的に鎖の秩序化を誘導する。 重要な側面は、コレステロールが液相をどのように不安定にするかを理解することです。 コレステロールは親水性の頭部が小さいため、疎水性相互作用を遮蔽するのに効率が悪い。 高温では、脂質二重層はこれを収容することができるが、より低い温度では、脂質は脂質あたりの面積を減少させることによってコレステロールのスクリー これは観測された順序付けを引き起こし、主遷移が増加する理由を説明します。 我々はコレステロール構造に導入された二つの変更は、その疎水性スクリーニングに影響を与えます; 両方の変形でコレステロールの本質的なundershieldingは消える。 これらの分子が二分子層に添加される場合、疎水性相互作用の追加的なスクリーニングの必要はなく、これらの分子は秩序相の形成を防止する。

私たちは凝縮効果を説明するために導入されている以前のモデルと私たちの観測を比較してみましょう。 まず，このモデルは超格子モデルで仮定されているように長距離秩序化の指示を与えない。 アンブレラモデルと凝縮複合体の両方に暗黙のうちにある種の局所組織の仮定がある。 例えば、傘モデルでは、１つの脂質分子が、１つまたは２つの隣接するコレステロール分子を選別することができると仮定される（例えば、参考文献１ １、１ ２、１ ３、１ ４、１ ５、１ ６、１ ７、１ ８、 2). シミュレーションにより，これらの秩序構造を同定できないはるかに無秩序な構造を示した。 この時点で、我々のモデルには多くの仮定が含まれていることを思い出すことが重要であり、これは我々のシミュレーションから引き出された結論が実験シ 純粋に反発力を使用する粗粒モデルを使用することによって、このような豊かな位相挙動を得ることができたことに非常に驚いた。 このモデルは二分子層の構造に関する最近の実験データの非常に合理的な定量的記述を与える。 もう一つの興味深い点は，凝縮効果が主転移よりも狭い温度範囲で最大であることを計算で予測することである。 これを実験的に検証することは可能かもしれません。 このモデルの非常に厳格なテストは、実験相図との詳細な比較であったでしょう。 この文脈では、我々が発見した相が実験的に観察されていることは奨励されていますが、必ずしも正確にシミュレートされたシステムではありません。 シミュレーションに一致する実験データを慎重に選択することにより、非常に良い一致を主張することさえできます。 様々な実験間の不一致の可能性のある理由は、異なる技術が使用され、すべての技術が様々な相の構造の違いに等しく敏感であるわけではないというこ 相図と様々な相の構造に関する詳細な情報の組み合わせは、特定の実験技術が特定の相転移を識別できるかどうかについてのいくつかの指針を与