Լիպիդային երկշերտ

աջից|մինի|300x300փքս|Այս հեղուկ լիպիդային երկշերտի խաչաձև կտրվածքը ամբողջությամբ կազմված է ֆոսֆատիդիլքոլինից:
**Լիպիդային երկշերտ** (կամ **ֆոսֆոլիպիդային երկշերտ**) բարակ բևեռային թաղանթ, որը կազմված է լիպիդային մոլեկուլների երկու շերտերից։ Այս թաղանթները հարթ թիթեղներ են, որոնք ստեղծում են շարունակական պատնեշ բոլոր բջիջների շուրջ: Գրեթե բոլոր օրգանիզմների և շատ վիրուսների բջջային թաղանթները կազմված են լիպիդային երկշերտից, ինչպես նաև բջջի կորիզը շրջապատող կորիզաթաղանթը և բջջաթաղանթով կապված օրգանոիդների թաղանթները։ Լիպիդային երկշերտը այն պատնեշն է, որը պահում է իոնները, սպիտակուցները և այլ մոլեկուլները այնտեղ, որտեղ դրանք անհրաժեշտ են, և թույլ չի տալիս դրանք տարածվել այն տարածքներում, որտեղ դրանք չպետք է լինեն: Լիպիդային երկշերտերը իդեալականորեն համապատասխանում են այս դերին, թեև դրանց լայնությունը ընդամենը մի քանի նանոմետր է, քանի որ դրանք անթափանց են ջրում լուծվող (հիդրոֆիլ) մոլեկուլների մեծ մասի համար։ Երկշերտերը հատկապես անթափանց են իոնների համար, ինչը թույլ է տալիս բջիջներին կարգավորել աղի կոնցենտրացիաները և pH-ը՝ տեղափոխելով իոններ իրենց թաղանթներով՝ օգտագործելով իոնային պոմպեր կոչվող սպիտակուցներ:
աջից|մինի|369x369փքս|Երեք հիմնական կառուցվածքները ֆոսֆոլիպիդները ձևավորվում են լուծույթում. լիպոսոմը (փակ երկշերտ), միցելը և երկշերտը:
Կենսաբանական երկշերտերը սովորաբար կազմված են ամֆիֆիլ ֆոսֆոլիպիդներից, որոնք ունեն հիդրոֆիլ ֆոսֆատ գլուխ և հիդրոֆոբ պոչ, որը բաղկացած է երկու ճարպաթթուների շղթայից։ Որոշ գլխի խմբեր ունեցող ֆոսֆոլիպիդները կարող են փոխել երկշերտի մակերևույթի քիմիական կազմը և կարող են, օրինակ, որպես ազդանշաններ, ինչպես նաև «խարիսխներ» ծառայել բջիջների թաղանթների այլ մոլեկուլների համար: Ինչպես գլուխները, լիպիդների պոչերը նույնպես կարող են ազդել թաղանթային հատկությունների վրա, օրինակ՝ որոշելով երկշերտի ֆազը: Երկշերտը կարող է ընդունել պինդ գելային փուլային վիճակ ավելի ցածր ջերմաստիճաններում, բայց անցնում է հեղուկ վիճակի ավելի բարձր ջերմաստիճաններում, և լիպիդների պոչերի քիմիական հատկությունները ազդում են այն ջերմաստիճանի վրա, որտեղ դա տեղի է ունենում: Երկշերտում լիպիդների փաթեթավորումը նույնպես ազդում է դրա մեխանիկական հատկությունների վրա, ներառյալ ձգման և ճկման դիմադրությունը: Այս հատկություններից շատերը ուսումնասիրվել են լաբորատորիայում արտադրված արհեստական ​​«մոդելային» երկշերտերի օգտագործմամբ: Մոդելային երկշերտներով պատրաստված ներառուկները կլինիկականորեն օգտագործվել են նաև դեղամիջոցներ մատակարարելու համար:

Կենսաբանական թաղանթների կառուցվածքը սովորաբար ներառում է մի քանի տեսակի մոլեկուլներ, բացի երկշերտը կազմող ֆոսֆոլիպիդներից: Կենդանական բջիջներում հատկապես կարևոր օրինակ է խոլեստերինը, որն օգնում է ամրացնել երկշերտը և նվազեցնել դրա թափանցելիությունը: Խոլեստերինը նաև օգնում է կարգավորել որոշակի անբաժանելի թաղանթային սպիտակուցների ակտիվությունը։ Ինտեգրալ թաղանթային սպիտակուցները գործում են, երբ ընդգրկվում են լիպիդային երկշերտում, և դրանք ամուր պահվում են լիպիդային երկշերտի հետ՝ օղակաձև լիպիդային թաղանթի օգնությամբ: Քանի որ երկշերտները սահմանում են բջջի և նրա բաժանմունքների սահմանները, այդ թաղանթային սպիտակուցները ներգրավված են բազմաթիվ ներբջջային և միջբջջային ազդանշանային գործընթացներում: Որոշ տեսակի թաղանթային սպիտակուցներ ներգրավված են երկու երկշերտերի միաձուլման գործընթացում: Այս միաձուլումը թույլ է տալիս միացնել երկու տարբեր կառուցվածքներ, ինչպես ակրոսոմային ռեակցիայի ժամանակ սերմնահեղուկով ձվի բեղմնավորման կամ վիրուսի բջիջ մտնելու ժամանակ: Քանի որ լիպիդային երկշերտերը փխրուն են և անտեսանելի ավանդական մանրադիտակով, դրանք ուսումնասիրելու համար դժվար է: Երկշերտերի վրա փորձերը հաճախ պահանջում են առաջադեմ տեխնիկա, ինչպիսիք են էլեկտրոնային մանրադիտակը և ատոմային ուժի մանրադիտակը:

## Կառուցվածք
Երբ ֆոսֆոլիպիդները առնչվում են ջրի հետ, նրանք ինքնուրույն հավաքվում են երկշերտ թաղանթով, որտեղ հիդրոֆոբ պոչերը ուղղված են դեպի թերթի կենտրոնը: Այս դասավորությունը հանգեցնում է երկու «թերթիկների», որոնք յուրաքանչյուրը մեկ մոլեկուլային շերտ է: Այս երկշերտի կենտրոնը գրեթե ջուր չի պարունակում և բացառում է մոլեկուլները, ինչպիսիք են շաքարները կամ աղերը, որոնք լուծվում են ջրի մեջ: Հավաքման գործընթացը և պահպանումը պայմանավորված են հիդրոֆոբ մոլեկուլների ագրեգացմամբ (նաև կոչվում է հիդրոֆոբ էֆեկտ): Այս բարդ գործընթացը ներառում է ոչ կովալենտային փոխազդեցություններ, ինչպիսիք են վան դեր Վալսի ուժերը, էլեկտրաստատիկ և ջրածնային կապերը:

### Խաչաձև կտրվածքի վերլուծություն
աջից|մինի|310x310փքս|Տիպիկ լիպիդային երկշերտի սխեմատիկ կտրվածքային պրոֆիլը: Գոյություն ունեն երեք տարբեր շրջաններ՝ ամբողջությամբ ջրածածկ գլխախմբեր, լրիվ ջրազրկված ալկանային միջուկ և կարճ միջանկյալ շրջան՝ մասնակի խոնավացումով: Չնայած գլխի խմբերը չեզոք են, նրանք ունեն զգալի դիպոլային մոմենտներ, որոնք ազդում են մոլեկուլային դասավորության վրա։
Լիպիդային երկշերտը իր կողային չափերի համեմատ շատ բարակ է: Եթե ​​տիպիկ կաթնասունների բջիջը (տրամագիծը ~ 10 միկրոմետր) մեծացվի ձմերուկի չափով (~1 ֆտ/30 սմ), ապա պլազմային թաղանթը կազմող լիպիդային երկշերտը մոտավորապես նույն հաստությունը կունենար, որքան գրասենյակային թղթի կտորը: Չնայած ընդամենը մի քանի նանոմետր հաստությամբ, երկշերտը կազմված է մի քանի հստակ քիմիական շրջաններից իր խաչմերուկում: Այս շրջանները և շրջակա ջրի հետ նրանց փոխազդեցությունը բնութագրվել է վերջին մի քանի տասնամյակների ընթացքում ռենտգենյան արտացոլման չափման, նեյտրոնների ցրման և միջուկային մագնիսառեզոնանսային տեխնիկայի միջոցով:

Երկշերտի երկու կողմերում առաջին շրջանը հիդրոֆիլ գլխի խումբն է: Մեմբրանի այս հատվածը ամբողջությամբ խոնավացված է և սովորաբար ունի մոտ 0,8-0,9 նմ հաստություն: Ֆոսֆոլիպիդային երկշերտներում ֆոսֆատային խումբը գտնվում է այս հիդրատացված հատվածում, մոտավորապես 0,5 նմ հիդրոֆոբ միջուկից դուրս։ Որոշ դեպքերում, հիդրատացված շրջանը կարող է շատ ավելի տարածվել, օրինակ՝ լիպիդներում, որոնց մեծ սպիտակուցը կամ երկար շաքարի շղթան պատվաստված է գլխին: Բնության մեջ նման մոդիֆիկացիայի ընդհանուր օրինակներից է լիպոպոլիսախարիդային ծածկույթը մանրէների արտաքին թաղանթի վրա, որն օգնում է ջրի շերտը պահպանել մանրէի շուրջ՝ կանխելու ջրազրկելը։

Հիդրատացված շրջանի կողքին գտնվում է միջանկյալ շրջանը, որը միայն մասամբ է խոնավացված: Այս սահմանային շերտը մոտավորապես 0,3 նմ հաստություն ունի: Այս կարճ հեռավորության վրա ջրի կոնցենտրացիան 2Մ-ից իջնում ​​է գլխի խմբի կողմից մինչև պոչի (միջուկի) կողմից գրեթե զրոյի։  Երկշերտի հիդրոֆոբ միջուկը սովորաբար ունի 3-4 նմ հաստություն, սակայն այս արժեքը տատանվում է շղթայի երկարության և քիմիայից: Միջուկի հաստությունը նույնպես զգալիորեն տարբերվում է ջերմաստիճանից, մասնավորապես փուլային անցման ժամանակ։
աջից|մինի|240x240փքս|Մանրէի փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակի պատկերը. Արտաքինից մորթե տեսքը պայմանավորված է բջջային թաղանթին կցված երկար շղթայական շաքարների շերտով: Այս ծածկույթն օգնում է ջուրը փակել՝ կանխելու մանրէի ջրազրկվելը:

### Անհամաչափություն
Բնության մեջ շատ երկշերտներում ներքին և արտաքին թաղանթային թերթիկների բաղադրությունը տարբեր է: Մարդու կարմիր արյան բջիջներում ներքին (ցիտոպլազմային) թերթիկը կազմված է հիմնականում ֆոսֆատիդիլեթանոլամինից, ֆոսֆատիդիլսերինից և ֆոսֆատիդիլինոզիտոլից և դրա ֆոսֆորիլացված ածանցյալներից: Ի հակադրություն, արտաքին (արտաբջջային) թերթիկը հիմնված է ֆոսֆատիդիլքոլինի, սֆինգոմիելինի և մի շարք գլիկոլիպիդների վրա։ Որոշ դեպքերում այս անհամաչափությունը հիմնված է այն բանի վրա, թե որտեղ են լիպիդները ստեղծվում բջջում և արտացոլում են դրանց սկզբնական դրիքադրությունը: Լիպիդային ասիմետրիայի կենսաբանական գործառույթները թերի են հասկացված, թեև պարզ է, որ այն օգտագործվում է մի քանի տարբեր իրավիճակներում: Օրինակ, երբ բջիջը ենթարկվում է ապոպտոզի, ֆոսֆատիդիլսերինը, որը սովորաբար տեղայնացված է ցիտոպլազմային թերթիկում, տեղափոխվում է արտաքին մակերես: Այնտեղ այն ճանաչվում է մակրոֆագի կողմից, որն այնուհետև ակտիվորեն մաքրում է մահացող բջիջը:

Լիպիդային անհամաչափությունը առնվազն մասամբ առաջանում է այն փաստից, որ ֆոսֆոլիպիդների մեծ մասը սինթեզվում և սկզբում տեղադրվում է ներքին միաշերտում. նրանք, որոնք կազմում են արտաքին միաշերտը, այնուհետև տեղափոխվում են ներքին միաշերտից ֆերմենտների դասի միջոցով, որոնք կոչվում են ֆլիպազներ: Այլ լիպիդներ, ինչպիսիք են սֆինգոմիելինը, կարծես թե սինթեզվում են արտաքին թերթիկում: Ֆլիպազները լիպիդային փոխադրող մոլեկուլների ավելի մեծ ընտանիքի անդամներ են, որոնք ներառում են նաև ֆլոպազներ, որոնք փոխանցում են լիպիդները հակառակ ուղղությամբ, և սկրամբլազներ, որոնք պատահականացնում են լիպիդների բաշխումը լիպիդային երկշերտներում (ինչպես ապոպտոտիկ բջիջներում): Ամեն դեպքում, երբ հաստատվում է լիպիդային ասիմետրիա, այն սովորաբար արագ չի ցրվում, քանի որ թիթեղների միջև լիպիդների ինքնաբուխ շեղումը չափազանց դանդաղ է:

Հնարավոր է նմանակել այս անհամաչափությունը լաբորատորիայում մոդելային երկշերտ համակարգերում: Շատ փոքր արհեստական ​​ներառուկների որոշ տեսակներ ինքնաբերաբար կդարձնեն իրենց թեթևակի ասիմետրիկ, չնայած մեխանիզմը, որով առաջանում է այս անհամաչափությունը, շատ տարբեր է բջիջներում եղածից: Օգտագործելով երկու տարբեր միաշերտեր Լանգմյուիր-Բլոջեթի նստվածքում կամ Լանգմյուիր-Բլոջեթի և ներառուկների պատռվածքի նստվածքի համակցության նստվածքում, հնարավոր է նաև սինթեզել ասիմետրիկ հարթ երկշերտ: Այս անհամաչափությունը կարող է կորցնել ժամանակի ընթացքում, քանի որ աջակցվող երկշերտերի լիպիդները կարող են հակված լինել փոխատեղման: Այնուամենայնիվ, հաղորդվել է, որ լիպիդային փոխատեղումը դանդաղ է, համեմատած խոլեստերինի և այլ փոքր մոլեկուլների հետ:

Զեկուցվել է, որ երկշերտում լիպիդային միաշերտերի կազմակերպումն ու դինամիկան զուգակցված են: Օրինակ, մեկ միաշերտում խոչընդոտների ներդրումը կարող է դանդաղեցնել կողային դիֆուզիոն երկու միաշերտներում: Ի լրումն, փուլային տարանջատումը մեկ միաշերտում կարող է նաև առաջացնել փուլային տարանջատում այլ միաշերտում, նույնիսկ այն դեպքում, երբ մյուս միաշերտը չի կարող փուլային անջատվել ինքն իրեն:

### Ֆազեր և ֆազային անցումներ
աջից|մինի|350x350փքս|Դիագրամ, որը ցույց է տալիս չհագեցած լիպիդների ազդեցությունը երկշերտի վրա: Չհագեցած պոչով լիպիդները (կապույտ) խաթարում են միայն հագեցած պոչ ունեցողների (սև) փաթեթավորումը: Ստացված երկշերտը ավելի շատ ազատ տարածություն ունի և, հետևաբար, ավելի թափանցելի է ջրի և այլ փոքր մոլեկուլների համար:
Տրված ջերմաստիճանում լիպիդային երկշերտը կարող է գոյություն ունենալ կամ հեղուկ, կամ գել (պինդ) փուլում: Բոլոր լիպիդներն ունեն բնորոշ ջերմաստիճան, որով նրանք անցնում են (հալվում) գելից հեղուկ փուլ: Երկու փուլերում էլ արգելվում է լիպիդների մոլեկուլները երկշերտով շրջվել, բայց հեղուկ փուլային երկշերտներում տվյալ լիպիդը վայրկյանում միլիոնավոր անգամներ կփոխանակի իր դիրքերը հարևանի հետ: Այս պատահական քայլափոխանակությունը թույլ է տալիս լիպիդին ցրվել և այդպիսով թափառել մեմբրանի մակերեսով: Ի տարբերություն հեղուկ փուլային երկշերտների, գել փուլային երկշերտում լիպիդներն ավելի քիչ շարժունակություն ունեն:

Լիպիդային երկշերտերի փուլային վարքագիծը մեծապես որոշվում է հարակից լիպիդային մոլեկուլների միջև Վան դեր Վալսի ձգողության փոխազդեցությունների ուժով: Ավելի երկար պոչ ունեցող լիպիդներն ունեն ավելի շատ տարածք, որի վրա կարող են փոխազդել՝ մեծացնելով այս փոխազդեցության ուժը և, որպես հետևանք, նվազեցնելով լիպիդների շարժունակությունը: Այսպիսով, տվյալ ջերմաստիճանում կարճ պոչով լիպիդն ավելի հեղուկ կլինի, քան այլապես նույնական երկարապոչ լիպիդը: Անցումային ջերմաստիճանի վրա կարող է ազդել նաև լիպիդային պոչերի չհագեցվածության աստիճանը։ Չհագեցած կրկնակի կապը կարող է առաջացնել ալկանային շղթայում թեքություն՝ խաթարելով լիպիդային փաթեթավորումը: Այս խափանումը լրացուցիչ ազատ տարածություն է ստեղծում երկշերտում, որը թույլ է տալիս լրացուցիչ ճկունություն հարակից շղթաներում։ Այս ազդեցության օրինակ կարելի է նշել առօրյա կյանքում, քանի որ կարագը, որը պարունակում է մեծ տոկոս հագեցած ճարպեր, պինդ է սենյակային ջերմաստիճանում, մինչդեռ բուսական յուղը, որը հիմնականում չհագեցած է, հեղուկ է:

Բնական թաղանթների մեծ մասը տարբեր լիպիդային մոլեկուլների բարդ խառնուրդ է: Եթե ​​որոշ բաղադրիչներ հեղուկ են տվյալ ջերմաստիճանում, իսկ մյուսները գտնվում են գելի փուլում, ապա երկու փուլերը կարող են գոյակցել տարածականորեն առանձնացված շրջաններում, ավելի շուտ օվկիանոսում լողացող այսբերգի նման: Այս փուլային տարանջատումը կարևոր դեր է խաղում կենսաքիմիական երևույթներում, քանի որ մեմբրանի բաղադրիչները, ինչպիսիք են սպիտակուցները, կարող են բաժանվել մեկ կամ մյուս փուլի ընթացքում և այդպիսով տեղային կենտրոնանալ կամ ակտիվանալ: Շատ խառը փուլային համակարգերի հատկապես կարևոր բաղադրիչը խոլեստերինն է, որը կարգավորում է երկկողմանի թափանցելիությունը, մեխանիկական ուժը և կենսաքիմիական փոխազդեցությունները:

### Մակերևույթի քիմիա
Մինչ լիպիդային պոչերը հիմնականում մոդուլավորում են երկշերտ փուլային վարքագիծը, դա գլխի խումբն է, որը որոշում է երկշերտի մակերեսի քիմիան: Բնական երկշերտերի մեծ մասը կազմված է հիմնականում ֆոսֆոլիպիդներից, սակայն սֆինգոլիպիդները և ստերոլները, ինչպիսին է խոլեստերինը, նույնպես կարևոր բաղադրիչներ են: Ֆոսֆոլիպիդներից ամենատարածված գլխախումբը ֆոսֆատիդիլքոլինն է (PC), որը կազմում է կաթնասունների մեծ մասի ֆոսֆոլիպիդների մոտ կեսը: Ֆոսֆատիդիլ քլորիդը ցվիտերիոնային գլխավոր խումբ է, քանի որ այն ունի բացասական լիցք ֆոսֆատային խմբի վրա և դրական լիցք ամինի վրա, բայց քանի որ այս տեղական լիցքերը հավասարակշռում են, զուտ լիցք չկա:

Այլ գլխախմբեր նույնպես առկա են տարբեր աստիճաններով և կարող են ներառել ֆոսֆատիդիլսերին (PS) ֆոսֆատիդիլեթանոլամին (PE) և ֆոսֆատիդիլգլիցերին (PG): Այս այլընտրանքային գլխախմբերը հաճախ տալիս են հատուկ կենսաբանական գործառույթներ, որոնք մեծապես կախված են համատեքստից: Օրինակ, PS-ի առկայությունը էրիթրոցիտների արտաբջջային թաղանթային երեսին հանդիսանում է բջջային ապոպտոզի նշան, մինչդեռ PS-ն աճի աճի ներառուկներում անհրաժեշտ է հիդրօքսիապատիտի բյուրեղների կորիզավորման և ոսկրերի հետագա հանքայնացման համար: Ի տարբերություն PC-ի, որոշ այլ գլխախմբեր կրում են զուտ լիցք, որը կարող է փոխել փոքր մոլեկուլների էլեկտրաստատիկ փոխազդեցությունները երկշերտի հետ:

## Կեսնաբանական դերեր
### Տարանջատում
Կենսաբանության մեջ լիպիդային երկշերտի առաջնային դերը ջրային բաժանմունքներն իրենց շրջապատից առանձնացնելն է: Առանց «ես»-ը «ոչ-ես»-ից տարբերող որևէ խոչընդոտի, դժվար է նույնիսկ սահմանել օրգանիզմ կամ կյանք հասկացությունը: Այս պատնեշը լիպիդային երկշերտի ձև է ընդունում կյանքի բոլոր հայտնի ձևերում, բացառությամբ արխեայի մի քանի տեսակների, որոնք օգտագործում են հատուկ հարմարեցված լիպիդային միաշերտ: Նույնիսկ առաջարկվել է, որ կյանքի հենց առաջին ձևը կարող է լինել պարզ լիպիդային ներառուկ, որի գրեթե միակ կենսասինթետիկ կարողությունը ավելի շատ ֆոսֆոլիպիդներ արտադրելն է: Լիպիդային երկշերտի բաժանման ունակությունը հիմնված է այն փաստի վրա, որ հիդրոֆիլ մոլեկուլները չեն կարող հեշտությամբ անցնել հիդրոֆոբ երկշերտի միջուկը, ինչպես քննարկվում է ստորև՝ «Փոխադրում երկշերտով» հատվածում: Կորիզը, միտոքոնդրիումները և քլորոպլաստները ունեն երկու լիպիդային երկշերտ, մինչդեռ մյուս ենթաբջջային կառույցները շրջապատված են մեկ լիպիդային երկշերտով (ինչպիսիք են պլազմային թաղանթը, էնդոպլազմային ցանցը, Գոլջիի ապարատը և լիզոսոմները): Տես Օրգանոիդ։

Պրոկարիոտներն ունեն միայն մեկ լիպիդային երկշերտ՝ բջջային թաղանթ (նաև հայտնի է որպես պլազմային թաղանթ): Շատ պրոկարիոտներ ունեն նաև բջջապատ, սակայն բջջապատը բաղկացած է ոչ թե լիպիդներից, այլ սպիտակուցներից կամ երկար շղթայական ածխաջրերից։ Ի հակադրություն, էուկարիոտներն ունեն մի շարք օրգանոիդներ՝ ներառյալ կորիզը, միտոքոնդրիումները, լիզոսոմները և էնդոպլազմային ցանցը: Այս բոլոր ենթաբջջային բաժանմունքները շրջապատված են մեկ կամ մի քանի լիպիդային երկշերտով և, որպես կանոն, կազմում են բջջի երկշերտ տարածքի մեծ մասը: Օրինակ, լյարդի հեպատոցիտներում պլազմային թաղանթը կազմում է բջջի երկշերտ տարածքի միայն երկու տոկոսը, մինչդեռ էնդոպլազմիկ ցանցը պարունակում է ավելի քան հիսուն տոկոսը, իսկ միտոքոնդրիումները՝ հետագա երեսուն տոկոսը:
մինի|260x260փքս|GPCR ազդանշանային սպիտակուցի նկարազարդում: Ի պատասխան այնպիսի մոլեկուլի, ինչպիսին է հորմոնը, որը կապում է արտաքին տիրույթին (կապույտ), GPCR-ը փոխում է ձևը և կատալիզացնում է քիմիական ռեակցիա ներքին տիրույթում (կարմիր): Մոխրագույնը շրջապատող երկշերտն է:

### Ազդանշանավորում
Բջջային ազդանշանի ամենահայտնի ձևը, հավանաբար, սինապտիկ փոխանցումն է, որի միջոցով նյարդային իմպուլսը, որը հասել է մեկ նեյրոնի ավարտին, փոխանցվում է հարակից նեյրոնին՝ նյարդային հաղորդիչների ազատման միջոցով: Այս փոխանցումը հնարավոր է դառնում սինապտիկ ներառուկների ազդեցությամբ, որոնք բջջի ներսում բեռնված են նեյրոհաղորդիչներով, որոնք հետագայում կազատվեն: Այս բեռնված ներառուկները միաձուլվում են բջջային թաղանթի հետ նախասինապտիկ տերմինալում, և դրանց պարունակությունը թողարկվում է բջիջից դուրս գտնվող տարածություն: Այնուհետև բովանդակությունը ցրվում է սինապսի միջով մինչև հետսինապտիկ տերմինալ:

Լիպիդային երկշերտերը նույնպես ներգրավված են ազդանշանի փոխակերպման մեջ՝ իրենց դերի շնորհիվ որպես ինտեգրալ թաղանթային սպիտակուցների տուն: Սա կենսամոլեկուլների չափազանց լայն և կարևոր դաս է: Ենթադրվում է, որ մարդու պրոտեոմի մինչև մեկ երրորդը թաղանթային սպիտակուցներն են: Այս սպիտակուցներից մի քանիսը կապված են բջջային թաղանթի արտաքին մասի հետ: Դրա օրինակ է CD59 սպիտակուցը, որը նույնացնում է բջիջները որպես «ես» և այդպիսով արգելակում է դրանց ոչնչացումը իմունային համակարգի կողմից: ՄԻԱՎ-ի վիրուսը մասամբ խուսափում է իմունային համակարգից՝ պատվաստելով այդ սպիտակուցները հյուրընկալող թաղանթից իր սեփական մակերեսին: Որպես այլընտրանք, որոշ թաղանթային սպիտակուցներ ներթափանցում են երկշերտ ամբողջ ճանապարհով և ծառայում են առանձին ազդանշանային իրադարձությունների փոխանցմանը բջջի արտաքինից դեպի ներս: Այս տեսակի սպիտակուցների ամենատարածված դասը G protein-coupled receptor-ն է (GPCR): GPCR-ները պատասխանատու են բջիջի՝ շրջապատը զգալու ունակության մեծ մասի համար, և այս կարևոր դերի պատճառով բոլոր ժամանակակից դեղամիջոցների մոտավորապես 40%-ը ուղղված է GPCR-ներին:

Բացի սպիտակուցային և լուծույթով միջնորդավորված գործընթացներից, հնարավոր է նաև, որ լիպիդային երկշերտները ուղղակիորեն մասնակցեն ազդանշաններին: Դրա դասական օրինակը ֆոսֆատիդիլսերինով հրահրված ֆագոցիտոզն է: Սովորաբար, ֆոսֆատիդիլսերինը ասիմետրիկորեն բաշխվում է բջջային թաղանթում և առկա է միայն ներքին կողմում: Բջջի ծրագրավորված մահվան ժամանակ սպիտակուցը, որը կոչվում է սկրամբլազ, հավասարակշռում է այս բաշխումը, ցուցադրելով ֆոսֆատիդիլսերինը արտաբջջային երկշերտ երեսին: Այնուհետև ֆոսֆատիդիլսերինի առկայությունը հրահրում է ֆագոցիտոզ՝ հեռացնելու մեռած կամ մահացող բջիջը:

## Բնութագրման մեթոդներ
ձախից|մինի|205x205փքս|Փոխանցման Էլեկտրոնային Մանրադիտակ (TEM) լիպիդային ներառուկի պատկեր: Եզրին շուրջ երկու մուգ շերտերը երկշերտի երկու թերթիկներն են: Պատմականորեն նմանատիպ պատկերները հաստատել են, որ բջջային թաղանթը երկշերտ է
Լիպիդային երկշերտը շատ դժվար է ուսումնասիրել, քանի որ այն շատ բարակ է և փխրուն: Չնայած այս սահմանափակումներին, վերջին յոթանասուն տարիների ընթացքում մշակվել են տասնյակ մեթոդներ, որոնք թույլ են տալիս ուսումնասիրել դրա կառուցվածքը և գործառույթը:

### Էլեկտրական չափումներ
Էլեկտրական չափումները պարզ միջոց են երկշերտի կարևոր գործառույթը բնութագրելու համար. Երկշերտի վրա լարման կիրառմամբ և ստացված հոսանքը չափելով՝ որոշվում է երկշերտի դիմադրությունը։ Այս դիմադրությունը սովորաբար բավականին բարձր է (108 Օմ-սմ2 կամ ավելի), քանի որ հիդրոֆոբ միջուկը անթափանց է լիցքավորված տեսակների համար։ Նույնիսկ մի քանի նանոմետր ծավալով անցքերի առկայությունը հանգեցնում է հոսանքի կտրուկ աճի: Այս համակարգի զգայունությունն այնպիսին է, որ նույնիսկ միայնակ իոնային ուղիների ակտիվությունը կարող է լուծվել։

### Լյումինեսցենտային մանրադիտակ
աջից|մինի|220x220փքս|Մարդու կարմիր արյան բջիջները դիտվում են ֆլուորեսցենտային մանրադիտակով: Բջջային թաղանթը ներկվել է լյումինեսցենտային ներկով: Կշեռքի սանդղակը 20 մկմ է:
Լիպիդային երկշերտը հնարավոր չէ տեսնել ավանդական մանրադիտակով, քանի որ այն չափազանց բարակ է, ուստի հետազոտողները հաճախ օգտագործում են ֆլուորեսցենտային մանրադիտակ: Նմուշը գրգռվում է լույսի մի ալիքի երկարությամբ և դիտարկվում մյուսում, այնպես որ երևում են միայն լյումինեսցենտային մոլեկուլները՝ համապատասխան գրգռման և արտանետման պրոֆիլով:

Բնական լիպիդային երկշերտը լյումինեսցենտ չէ, ուստի առնվազն մեկ լյումինեսցենտ ներկ պետք է կցվի երկշերտի որոշ մոլեկուլներին: Լուծաչափը սովորաբար սահմանափակվում է մի քանի հարյուր նանոմետրով, ինչը, ցավոք, շատ ավելի մեծ է, քան լիպիդային երկշերտի հաստությունը:

### Էլեկտրոնային մանրադիտակ
Էլեկտրոնային մանրադիտակն առաջարկում է ավելի բարձր լուծաչափով պատկեր: Էլեկտրոնային մանրադիտակում կենտրոնացված էլեկտրոնների ճառագայթը փոխազդում է նմուշի հետ, այլ ոչ թե լույսի ճառագայթ, ինչպես ավանդական մանրադիտակում: Արագ սառեցման տեխնիկայի հետ մեկտեղ էլեկտրոնային մանրադիտակը նաև օգտագործվել է միջբջջային և ներբջջային փոխադրման մեխանիզմները ուսումնասիրելու համար, օրինակ՝ ցույց տալու համար, որ էկզոցիտոտիկ ներառուկները սինապսներում քիմիական արձակման միջոցներն են:

### Միջուկային մագնիսա-ռեզոնանսային սպեկտրոսկոպիա
31P-NMR (միջուկային մագնիսական ռեզոնանսային) սպեկտրոսկոպիան լայնորեն օգտագործվում է ֆոսֆոլիպիդային երկշերտերի և կենսաբանական թաղանթների ուսումնասիրության համար բնիկ պայմաններում: Լիպիդների 31P-NMR սպեկտրների վերլուծությունը կարող է տրամադրել տեղեկատվության լայն շրջանակ լիպիդային երկշերտ փաթեթավորման, փուլային անցումների (գելային փուլ, ֆիզիոլոգիական հեղուկ բյուրեղային փուլ, ալիքային փուլեր, ոչ երկշերտ փուլեր), լիպիդային գլխի խմբի դիրքադրության/դինամիկայի մասին, և մաքուր լիպիդային երկշերտի առաձգական հատկությունները և սպիտակուցների և այլ կենսամոլեկուլների միացման արդյունքում։

### Ատոմային ուժի մանրադիտակ
ձախից|մինի|250x250փքս|3d-ադապտացված ատոմային ուժի մանրադիտակի պատկերներ, որոնք ցույց են տալիս տրանսմեմբրանային ծակոտիների (անցքերի) ձևավորումը հենված լիպիդային երկշերտում
աջից|մինի|250x250փքս|Աջակցված լիպիդային երկշերտի բնորոշ ատոմային ուժի մանրադիտակի սկանավորման նկարազարդում: Փոսերը երկշերտի թերություններ են, որոնք մերկացնում են տակի հիմքի հարթ մակերեսը:
Լիպիդային երկշերտերի ուսումնասիրության նոր մեթոդը ատոմային ուժային մանրադիտակն է (AFM): Լույսի ճառագայթ կամ մասնիկներ օգտագործելու փոխարեն, շատ փոքր սրված ծայրը սկանավորում է մակերեսը՝ ֆիզիկական շփում հաստատելով երկշերտի հետ և շարժվելով դրա վրայով, ինչպես ձայնագրիչի ասեղը: Ատոմային ուժի մանրադիտակը խոստումնալից տեխնիկա է, քանի որ այն ունի պոտենցիալ պատկերելու նանոմետր լուծաչափով սենյակային ջերմաստիճանում և նույնիսկ ջրի կամ ֆիզիոլոգիական բուֆերի տակ, որոնք անհրաժեշտ են բնական երկշերտ վարքի համար: Օգտագործելով այս հնարավորությունը՝ ատոմային ուժի մանրադիտակն օգտագործվել է երկշերտերի դինամիկ վարքագիծը ուսումնասիրելու համար, ներառյալ տրանսմեմբրանային ծակոտիների (անցքերի) ձևավորումը և աջակցվող երկշերտներում փուլային անցումները։ Մեկ այլ առավելություն այն է, որ ատոմային ուժի մանրադիտակը չի պահանջում լիպիդների լյումինեսցենտային կամ իզոտոպային պիտակավորում, քանի որ զոնդի ծայրը մեխանիկորեն փոխազդում է երկշերտ մակերեսի հետ: Դրա պատճառով նույն սկանավորումը կարող է պատկերել ինչպես լիպիդները, այնպես էլ հարակից սպիտակուցները, երբեմն նույնիսկ մեկ մոլեկուլային լուծաչափով: AFM-ը կարող է նաև հետազոտել լիպիդային երկշերտների մեխանիկական բնույթը:

### Երկբևեռացման ինտերֆերոմետրիա
Լիպիդային երկշերտերը երկշերտության բարձր մակարդակներ են ցուցադրում, երբ երկշերտի հարթության մեջ բեկման ինդեքսը տարբերվում է ուղղահայացից մինչև 0,1 բեկման ինդեքսով: Սա օգտագործվել է երկշերտների կարգի և խաթարման աստիճանը բնութագրելու համար՝ օգտագործելով երկակի բևեռացման ինտերֆերոմետրիա՝ սպիտակուցների փոխազդեցության մեխանիզմները հասկանալու համար:

### Քվանտային քիմիական հաշվարկներ
Լիպիդային երկշերտերը բարդ մոլեկուլային համակարգեր են՝ ազատության բազմաթիվ աստիճաններով: Այսպիսով, մեմբրանի ատոմիստական ​​մոդելավորումը և, մասնավորապես, դրա հատկությունների սկզբնական սկզբնական հաշվարկը դժվար է և հաշվողականորեն թանկ: Քվանտային քիմիական հաշվարկները վերջերս հաջողությամբ իրականացվել են լիպիդային թաղանթների դիպոլային և քառանիստ մոմենտները գնահատելու համար:

## Փոխադրում երկշերտով
### Պասիվ դիֆուզիա
Բևեռային մոլեկուլների մեծ մասն ունեն ցածր լուծելիություն լիպիդային երկշերտի ածխաջրածնային միջուկում և, որպես հետևանք, ունեն ցածր թափանցելիության գործակիցներ երկշերտում: Այս ազդեցությունը հատկապես ընդգծված է լիցքավորված տեսակների համար, որոնք ունեն նույնիսկ ավելի ցածր թափանցելիության գործակիցներ, քան չեզոք բևեռային մոլեկուլները: Անիոնները սովորաբար ունեն երկշերտների միջով դիֆուզիայի ավելի բարձր արագություն, քան կատիոնները: Իոնների համեմատ՝ ջրի մոլեկուլներն իրականում ունեն համեմատաբար մեծ թափանցելիություն երկշերտով, ինչի մասին վկայում է օսմոտիկ այտուցը։ Երբ ներքին աղի բարձր կոնցենտրացիայով բջիջը կամ ներառուկը տեղադրվում է աղի ցածր կոնցենտրացիայով լուծույթի մեջ, այն ուռչում է և ի վերջո պայթում: Նման արդյունք չէր նկատվի, քանի դեռ ջուրը չի կարողացել համեմատաբար հեշտությամբ անցնել երկշերտով: Երկշերտերի միջով ջրի անոմալ մեծ թափանցելիությունը դեռևս լիովին հասկանալի չէ և շարունակում է ակտիվ քննարկման առարկա լինել: Փոքր չլիցքավորված ապոլային մոլեկուլները ցրվում են լիպիդային երկշերտների միջով, մեծության աստիճաններով ավելի արագ, քան իոնները կամ ջուրը: Սա վերաբերում է ինչպես ճարպերին, այնպես էլ օրգանական լուծիչներին, ինչպիսիք են քլորոֆորմը և եթերը: Անկախ իրենց բևեռային բնույթից, ավելի մեծ մոլեկուլները ավելի դանդաղ են ցրվում լիպիդային երկշերտներով, քան փոքր մոլեկուլները:
ձախից|մինի|284x284փքս|Կալիումի իոնային ուղու կառուցվածքը. ալֆա պարույրները թափանցում են երկշերտ (սահմանները նշված են կարմիր և կապույտ գծերով)՝ բացելով անցք, որի միջով կարող են հոսել կալիումի իոնները։

### Իոնային պոմպեր և ուղիներ
Սպիտակուցների երկու հատուկ դասեր վերաբերում են իոնային գրադիենտներին, որոնք հայտնաբերված են բջջային և ենթաբջջային թաղանթների միջով բնության իոնային ալիքներում և իոնային պոմպերում: Ե՛վ պոմպերը, և՛ ուղիները անբաժանելի թաղանթային սպիտակուցներ են, որոնք անցնում են երկշերտով, սակայն նրանց դերերը միանգամայն տարբեր են: Իոնային պոմպերն այն սպիտակուցներն են, որոնք կառուցում և պահպանում են քիմիական գրադիենտները՝ օգտագործելով արտաքին էներգիայի աղբյուր՝ իոնները կոնցենտրացիայի գրադիենտին հակառակ տեղափոխելու ավելի բարձր քիմիական ներուժ ունեցող տարածք: Էներգիայի աղբյուրը կարող է լինել ԱԵՖ-ը, ինչպես դա Na+-K+ ադենոզինեռֆոսֆատազի դեպքում է։ Որպես այլընտրանք, էներգիայի աղբյուրը կարող է լինել մեկ այլ քիմիական գրադիենտ, որն արդեն առկա է, ինչպես Ca2+/Na+ հակաբեռնիչում: Իոնային պոմպերի գործողությամբ է, որ բջիջները կարողանում են կարգավորել pH-ը պրոտոնների մղման միջոցով:

Ի տարբերություն իոնային պոմպերի, իոնային ուղիները չեն ստեղծում քիմիական գրադիենտներ, այլ ավելի շուտ ցրում են դրանք աշխատանք կատարելու կամ ազդանշան ուղարկելու համար: Հավանաբար ամենահայտնի և ամենալավ ուսումնասիրված օրինակը Na+ լարման ալիքն է, որը թույլ է տալիս նեյրոնների երկայնքով գործողության ներուժի անցկացում: Բոլոր իոնային պոմպերն ունեն ինչ-որ ձգան կամ «փակող» մեխանիզմ: Նախորդ օրինակում դա էլեկտրական կողմնակալություն էր, սակայն այլ ալիքներ կարող են ակտիվացվել՝ կապելով մոլեկուլային ագոնիստին կամ մոտակա մեկ այլ սպիտակուցի կոնֆորմացիոն փոփոխության միջոցով:
աջից|մինի|231x231փքս|Պինոցիտոզի՝ էնդոցիտոզի մի տեսակ սխեմատիկ նկարազարդում

### Էնդոցիտոզ և էքզոցիտոզ
Որոշ մոլեկուլներ կամ մասնիկներ չափազանց մեծ են կամ չափազանց հիդրոֆիլ՝ լիպիդային երկշերտով անցնելու համար: Այլ մոլեկուլներ կարող են անցնել երկշերտով, բայց պետք է արագ տեղափոխվեն այնքան մեծ քանակությամբ, որ ուղու նման փոխադրումն անիրագործելի է: Երկու դեպքում էլ այս տեսակի բեռները կարող են տեղափոխվել բջջային թաղանթով ներառուկների միաձուլման կամ բողբոջման միջոցով: Երբ ներառուկը ձևավորվում է բջջի ներսում և միաձուլվում է պլազմային թաղանթին՝ իր պարունակությունը արտաբջջային տարածություն ազատելու համար, այս գործընթացը հայտնի է որպես Էքզոցիտոզ: Հակառակ գործընթացում բջջային մեմբրանի մի հատվածը դեպի ներս կխորանա և ի վերջո կկտրվի՝ պարփակելով արտաբջջային հեղուկի մի մասը՝ այն բջիջ տեղափոխելու համար: Էնդոցիտոզը և Էքզոցիտոզը գործելու համար հիմնված են շատ տարբեր մոլեկուլային մեխանիզմների վրա, սակայն երկու գործընթացները սերտորեն կապված են և չեն կարող աշխատել առանց միմյանց: Այս փոխկախվածության առաջնային մեխանիզմը ներգրավված լիպիդային նյութի մեծ քանակությունն է: Տիպիկ բջջում երկշերտի տարածքը, որը համարժեք է ամբողջ պլազմային թաղանթին, կանցնի էնդոցիտոզ/Էքզոցիտոզ ցիկլով մոտ կես ժամում: Եթե ​​այս երկու պրոցեսները չհավասարակշռեին միմյանց, բջիջը կա՛մ դուրս կգա դեպի դուրս՝ հասնելով անկառավարելի չափի, կա՛մ կարճ ժամանակում ամբողջությամբ կթուլացներ իր պլազմային թաղանթը:

**Էքզոցիտոզ պրոկարիոտներում**. թաղանթային ներառուկային Էքզոցիտոզը, որը լայնորեն հայտնի է որպես թաղանթային ներառուկների թրաֆիքինգ, Նոբելյան մրցանակակիր (տարի, 2013) գործընթաց, ավանդաբար համարվում է էուկարիոտիկ բջիջների արտոնություն: Այնուամենայնիվ, այս առասպելը կոտրվեց այն բացահայտմամբ, որ նանոներառուկները, որոնք հայտնի են որպես բակտերիալ արտաքին թաղանթային ներառուկներ, ազատվում են գրամ-բացասական միկրոբներից, բակտերիալ ազդանշանի մոլեկուլները տեղափոխում են հյուրընկալող կամ թիրախային բջիջներ՝ մի քանի գործընթացներ իրականացնելու համար՝ հօգուտ արտազատվող միկրոբի, օրինակ, հյուրընկալող բջիջներ ներխուժման ժամանակ և միկրոբ-միջավայր փոխազդեցության դեպքում, ընդհանրապես։
աջից|մինի|255x255փքս|Արտաքին թաղանթային ներառուկների (MV) Էքզոցիտոզ, որոնք ազատվել են մարդու ''Սալմոնելլա'' 3,10:r: ուռած պերպլազմիկ գրպաններից (p) - պաթոգեններ, որոնք կցվում են հավի ileum-ի մակրոֆագային բջիջների պլազմային մեմբրանի վրա՝ հյուրընկալող-պաթոգեն ազդանշան տալու համար .

### Էլեկտրոպորացիա
Էլեկտրոպորացիան երկշերտ թափանցելիության արագ աճն է, որն առաջացել է թաղանթով մեծ արհեստական ​​էլեկտրական դաշտի կիրառմամբ: Փորձնականորեն էլեկտրապորացիան օգտագործվում է բջիջներում հիդրոֆիլ մոլեկուլներ ներմուծելու համար: Սա հատկապես օգտակար տեխնիկա է մեծ, բարձր լիցքավորված մոլեկուլների համար, ինչպիսիք են ԴՆԹ-ն, որոնք երբեք պասիվորեն չեն ցրվի հիդրոֆոբ երկշերտ միջուկով: Դրա պատճառով էլեկտրապորացիան տրանսֆեկցիայի, ինչպես նաև բակտերիաների փոխակերպման հիմնական մեթոդներից մեկն է: Նույնիսկ առաջարկվել է, որ կայծակի հարվածների հետևանքով առաջացող էլեկտրոպորացիան կարող է լինել բնական հորիզոնական գեների փոխանցման մեխանիզմ:

Անթափանցելիության այս աճը հիմնականում ազդում է իոնների և այլ հիդրատացված տեսակների փոխադրման վրա, ինչը ցույց է տալիս, որ մեխանիզմը թաղանթում նմ մասշտաբով ջրով լցված անցքերի ստեղծումն է: Թեև էլեկտրոպորացիան և դիէլեկտրական խզումը երկուսն էլ առաջանում են էլեկտրական դաշտի կիրառման արդյունքում, ներգրավված մեխանիզմները սկզբունքորեն տարբեր են: Դիէլեկտրիկ խզման ժամանակ պատնեշի նյութը իոնացվում է՝ ստեղծելով հաղորդիչ ուղի: Այսպիսով, նյութի փոփոխությունն իր բնույթով քիմիական է: Ի հակադրություն, էլեկտրոպորացիայի ժամանակ լիպիդների մոլեկուլները քիմիապես չեն փոխվում, այլ պարզապես փոխում են իրենց դիրքը՝ բացելով մի ծակոտի, որը գործում է որպես հաղորդիչ ճանապարհ երկշերտով, երբ այն լցվում է ջրով:

## Մեխանիկա
մինի|280x280փքս|Սխեման, որը ցույց է տալիս ծակոտիի եզրին գտնվող լիպիդների երկու հնարավոր կոնֆորմացիաները: Վերևի նկարում լիպիդները չեն վերադասավորվել, ուստի ծակոտի պատը հիդրոֆոբ է: Ներքևի պատկերում լիպիդների մի քանի գլուխներ թեքվել են, ուստի ծակոտիների պատը հիդրոֆիլ է:
Լիպիդային երկշերտերը բավականաչափ մեծ կառուցվածքներ են, որպեսզի ունենան հեղուկների կամ պինդ մարմինների որոշ մեխանիկական հատկություններ: Տարածքի սեղմման մոդուլը Ka, ճկման մոդուլը Kb և եզրերի էներգիան \Lambda, կարող են օգտագործվել դրանք նկարագրելու համար: Պինդ լիպիդային երկշերտերը նույնպես ունեն կտրվածքի մոդուլ, բայց ինչպես ցանկացած հեղուկ, այնպես էլ հեղուկի երկշերտերի կտրման մոդուլը զրո է: Այս մեխանիկական հատկությունները ազդում են մեմբրանի աշխատանքի վրա: Ka-ն և Kb-ն ազդում են սպիտակուցների և փոքր մոլեկուլների երկշերտ մտցնելու ունակության վրա, և ցույց է տրված, որ երկշերտ մեխանիկական հատկությունները փոխում են մեխանիկորեն ակտիվացված իոնային ուղիների գործառույթը։ Երկշերտ մեխանիկական հատկությունները նաև որոշում են, թե ինչպիսի սթրեսի կարող է դիմակայել բջիջը առանց պատռվելու: Թեև լիպիդային երկշերտերը կարող են հեշտությամբ թեքվել, մեծ մասը չի կարող ձգվել ավելի քան մի քանի տոկոսով մինչև պատռվելը:

Ինչպես քննարկվել է Կառուցվածք բաժնում, ջրի մեջ լիպիդային պոչերի հիդրոֆոբ ներգրավումը լիպիդային երկշերտերը միասին պահող առաջնային ուժն է: Այսպիսով, երկշերտի առաձգական մոդուլը հիմնականում որոշվում է նրանով, թե որքան լրացուցիչ տարածք է ենթարկվում ջրի, երբ լիպիդային մոլեկուլները ձգվում են: Զարմանալի չէ, հաշվի առնելով ներգրավված ուժերի այս ըմբռնումը, որ ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ Ka-ն խիստ տատանվում է օսմոտիկ ճնշման հետ, բայց թույլ է տատանվում պոչի երկարության և չհագեցվածության հետ: Քանի որ ներգրավված ուժերը շատ փոքր են, դժվար է փորձարարակ եղանակով որոշել Ka-ն: Տեխնիկաների մեծ մասը պահանջում է բարդ մանրադիտակ և շատ զգայուն չափման սարքավորումներ:

Ի տարբերություն Ka-ի, որը չափում է, թե որքան էներգիա է անհրաժեշտ երկշերտը ձգելու համար, Kb-ն չափում է, թե որքան էներգիա է անհրաժեշտ երկշերտը թեքելու կամ ճկելու համար: Ձևականորեն, ճկման մոդուլը սահմանվում է որպես մեմբրանի ներքին կորությունից այլ կորության դեֆորմացման համար պահանջվող էներգիա: Ներքին կորությունը որոշվում է գլխի խմբի տրամագծի և պոչի խմբի տրամագծի հարաբերակցությամբ: Երկկողմանի PC լիպիդների համար այս հարաբերակցությունը գրեթե մեկ է, ուստի ներքին կորությունը գրեթե զրոյական է: Եթե ​​որոշակի լիպիդը չափազանց մեծ շեղում ունի զրոյական ներքին կորությունից, այն չի ձևավորի երկշերտ և փոխարենը կձևավորի այլ փուլեր, ինչպիսիք են միցելները կամ շրջված միցելները: Փոքր հիդրոֆիլ մոլեկուլների ավելացումը, ինչպիսին է սախարոզը, խառը լիպիդային շերտավոր լիպոսոմներում, որոնք պատրաստված են գալակտոլիպիդներով հարուստ թիլակոիդ թաղանթներից, ապակայունացնում են երկշերտերը դեպի **միցելյար** փուլ: Սովորաբար Kb-ն փորձարարական չի չափվում, այլ ավելի շուտ հաշվարկվում է Ka-ի և երկշերտի հաստության չափումներից, քանի որ երեք պարամետրերը կապված են:

\Lambda չափում է, թե որքան էներգիա է պահանջվում երկշերտի եզրը ջրի տակ դնելու համար՝ երկշերտը պատռելով կամ դրա վրա անցք ստեղծելով: Այս էներգիայի ծագումն այն փաստն է, որ նման ինտերֆեյսի ստեղծումը լիպիդային պոչերի մի մասը ենթարկում է ջրին, սակայն այս սահմանային լիպիդների ճշգրիտ կողմնորոշումն անհայտ է: Որոշ ապացույցներ կան, որ ինչպես հիդրոֆոբ (պոչերն ուղիղ), այնպես էլ հիդրոֆիլ (գլուխները թեքված են շուրջը) ծակոտիները կարող են գոյակցել:

## Միաձուլում
աջից|մինի|280x280փքս|Լիպիդային ներառուկների միաձուլման նկարազարդումը ցույց է տալիս երկու հնարավոր արդյունք՝ ոչ լրիվ և ամբողջական միաձուլում: Ոչ լրիվ միաձուլման ժամանակ խառնվում են միայն արտաքին երկշերտ թերթիկները: Ամբողջական միաձուլման մեջ խառնվում են ինչպես թերթիկները, այնպես էլ ներքին պարունակությունը:
Միաձուլումը երկու լիպիդային երկշերտերի միաձուլման գործընթաց է, որի արդյունքում առաջանում է մեկ կապակցված կառուցվածք: Եթե ​​այս միաձուլումն ամբողջությամբ ընթանում է երկու երկշերտների երկու թերթիկների միջով, ապա ձևավորվում է ջրով լցված կամուրջ, և երկշերտներում պարունակվող լուծույթները կարող են խառնվել: Որպես այլընտրանք, եթե յուրաքանչյուր երկշերտից միայն մեկ թերթիկ ներգրավված է միաձուլման գործընթացում, ապա ասում են, որ երկշերտերը ոչ լրիվ միաձուլված են: Միաձուլումը ներգրավված է բազմաթիվ բջջային գործընթացներում, մասնավորապես, էուկարիոտներում, քանի որ էուկարիոտ բջիջը լայնորեն ենթաբաժանում է լիպիդային երկշերտ թաղանթներով: Էքզոցիտոզը, ձվի բեղմնավորումը սերմնահեղուկի ակտիվացման միջոցով և թափոնների տեղափոխումը լիզոզոմ բազմաթիվ էուկարիոտիկ գործընթացներից մի քանիսն են, որոնք հիմնված են միաձուլման ինչ-որ ձևի վրա: Նույնիսկ պաթոգենների մուտքը կարող է կարգավորվել միաձուլման միջոցով, քանի որ շատ երկշերտ պատված վիրուսներ հատկացրել են միաձուլման սպիտակուցներ՝ հյուրընկալող բջիջ մուտք գործելու համար:

Միաձուլման գործընթացում կան չորս հիմնարար քայլեր: Նախ, ներգրավված թաղանթները պետք է համախմբվեն՝ մոտենալով միմյանց մի քանի նանոմետրի սահմաններում: Երկրորդ, երկու երկշերտերը պետք է շատ սերտ շփման մեջ լինեն (մի քանի անգստրեմի ընթացքում): Այս սերտ շփմանը հասնելու համար երկու մակերեսները պետք է գոնե մասամբ ջրազրկվեն, քանի որ սովորաբար առկա մակերևութային ջուրը առաջացնում է երկշերտերի ուժեղ վանում: Իոնների, մասնավորապես երկվալենտ կատիոնների առկայությունը, ինչպիսիք են մագնեզիումը և կալցիումը, խիստ ազդում են այս քայլի վրա: Օրգանիզմում կալցիումի կարևոր դերերից մեկը թաղանթների միաձուլման կարգավորումն է: Երրորդ, ապակայունացում. պետք է ձևավորվի մի կետում երկու երկկողմանի շերտերի միջև՝ տեղական աղավաղելով դրանց կառուցվածքը: Այս աղավաղման ստույգ բնույթը հայտնի չէ: Տեսություններից մեկն այն է, որ երկու երկշերտերի միջև պետք է ձևավորվի բարձր կոր «ցողուն»: Այս տեսության կողմնակիցները կարծում են, որ այն բացատրում է, թե ինչու է ֆոսֆատիդիլեթանոլամինը, որը բարձր կորով լիպիդ է, նպաստում է միաձուլմանը: Վերջապես, միաձուլման վերջին քայլում այս կետային թերությունն աճում է, և երկու երկշերտերի բաղադրիչները խառնվում և տարածվում են շփման վայրից հեռու:
ձախից|մինի|420x420փքս|Ցողունի ձևավորման միջոցով միաձուլման գործընթացի սխեմատիկ նկարազարդում:
աջից|մինի|330x330փքս|SNARE սպիտակուցների գործողության դիագրամ, որը կցում է ներառուկը Էքզոցիտոզի համար: ներառուկի և թիրախային թաղանթի վրա գտնվող սպիտակուցի կոմպլեմենտար տարբերակները կապվում և փաթաթվում են միմյանց շուրջ՝ այդ ընթացքում մոտեցնելով երկու երկշերտերը
Իրավիճակն ավելի է բարդանում, երբ դիտարկվում է միաձուլումը, քանի որ կենսաբանական միաձուլումը գրեթե միշտ կարգավորվում է թաղանթին առնչվող սպիտակուցների ազդեցությամբ: Այս սպիտակուցներից առաջինը, որոնք ուսումնասիրվել են, վիրուսային միաձուլման սպիտակուցներն էին, որոնք թույլ են տալիս պատված վիրուսին իր գենետիկական նյութը ներդնել հյուրընկալող բջիջի մեջ (ծրարված վիրուսներն այն վիրուսներն են, որոնք շրջապատված են լիպիդային երկշերտով, մյուսները ունեն միայն սպիտակուցային ծածկույթ): Էուկարիոտիկ բջիջներն օգտագործում են նաև միաձուլվող սպիտակուցներ, որոնցից ամենալավ ուսումնասիրվածները SNARE-ներն են։ SNARE սպիտակուցներն օգտագործվում են բոլոր ներառուկային ներբջջային թրաֆիքինգի ուղղորդման համար: Չնայած տարիների ուսումնասիրությանը, դեռևս շատ բան անհայտ է այս սպիտակուցային դասի գործառույթի մասին: Իրականում, դեռևս ակտիվ բանավեճ կա այն հարցի շուրջ, թե արդյոք SNARE-ները կապված են վաղ ամրացման հետ կամ ավելի ուշ մասնակցում են միաձուլման գործընթացին՝ հեշտացնելով ոչ լրիվ միաձուլումը:

Մոլեկուլային և բջջային կենսաբանության ուսումնասիրություններում հաճախ ցանկալի է արհեստականորեն առաջացնել միաձուլում: Պոլիէթիլեն գլիկոլի (PEG) ավելացումը առաջացնում է միաձուլում առանց էական ագրեգացիայի կամ կենսաքիմիական խանգարումների: Այս պրոցեդուրան այժմ լայնորեն կիրառվում է, օրինակ՝ B-բջիջները միելոմայի բջիջների հետ միաձուլելու միջոցով: Այս համակցության արդյունքում առաջացող «հիբրիդոմը» արտահայտում է ցանկալի հակամարմին, որը որոշվում է ներգրավված B-բջջի կողմից, բայց անմահանում է մելանոմայի բաղադրիչի շնորհիվ: Միաձուլումը կարող է նաև արհեստականորեն առաջանալ էլեկտրոպորացիայի միջոցով, որը հայտնի է որպես էլեկտրաֆուզիա: Ենթադրվում է, որ այս երևույթը առաջանում է էլեկտրոպորացիայի ընթացքում ձևավորված էներգետիկ ակտիվ եզրերից, որոնք կարող են հանդես գալ որպես տեղական թերության կետ՝ միջուկային ցողունի աճը երկու երկշերտների միջև:

## Մոդելային համակարգեր
Լիպիդային երկշերտերը կարող են արհեստականորեն ստեղծվել լաբորատորիայում, որպեսզի հետազոտողներին թույլ տա փորձեր կատարել, որոնք հնարավոր չէ անել բնական երկշերտներով: Դրանք կարող են օգտագործվել նաև սինթետիկ կենսաբանության ոլորտում՝ արհեստական ​​բջիջների սահմանները սահմանելու համար։ Այս սինթետիկ համակարգերը կոչվում են մոդելային լիպիդային երկշերտ: Կան բազմաթիվ տարբեր տեսակի մոդելային երկշերտեր, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի փորձարարական առավելություններ և թերություններ: Դրանք կարող են պատրաստվել ինչպես սինթետիկ, այնպես էլ բնական լիպիդներով: Ամենատարածված մոդելային համակարգերից են.

* Սև լիպիդային թաղանթներ (BLM)
* Աջակցվող լիպիդային երկշերտեր (SLB)
* Կապակցված երկշերտ լիպիդային թաղանթներ (t-BLM)
* Ներառուկներ
* Կաթիլային միջերեսի երկշերտեր (DIBs)

## Կոմերցիոն կիրառություններ
Մինչ օրս լիպիդային երկշերտերի ամենահաջող կոմերցիոն կիրառումը եղել է լիպոսոմների օգտագործումը դեղերի առաքման համար, հատկապես քաղցկեղի բուժման համար: (Նշում. «Լիպոսոմ» տերմինը, ըստ էության, հոմանիշ է «ներառուկի» հետ, բացառությամբ այն, որ ներառուկը կառուցվածքի ընդհանուր տերմին է, մինչդեռ լիպոսոմը վերաբերում է միայն արհեստական, ոչ բնական ներառուկներին): Լիպոսոմային դեղամիջոցի առաքման հիմնական գաղափարն այն է, որ դեղը պարուրված է լիպոսոմի ներսում լուծույթով, այնուհետև ներարկվում է հիվանդի մեջ: Դեղորայքով բեռնված այս լիպոսոմները շարժվում են համակարգի միջով, մինչև կպվեն թիրախային վայրում և պատռվեն՝ ազատելով դեղը: Տեսականորեն, լիպոսոմները պետք է կատարեն դեղամիջոցների առաքման իդեալական համակարգ, քանի որ դրանք կարող են մեկուսացնել գրեթե ցանկացած հիդրոֆիլ դեղամիջոց, կարող են պատվաստվել մոլեկուլներով՝ թիրախավորելու կոնկրետ հյուսվածքներ և կարող են լինել համեմատաբար ոչ թունավոր, քանի որ մարմինն ունի լիպիդների քայքայման կենսաքիմիական ուղիներ:

Դեղերի առաքման լիպոսոմների առաջին սերունդն ուներ պարզ լիպիդային բաղադրություն և ուներ մի քանի սահմանափակումներ: Արյան շրջանառությունը չափազանց սահմանափակ էր ինչպես երիկամների մաքրման, այնպես էլ ֆագոցիտոզի պատճառով: Լիպիդային բաղադրության կատարելագործումը` կարգավորելու հեղուկությունը, մակերևութային լիցքի խտությունը և մակերեսային խոնավացումը, հանգեցրել են ներառուկների, որոնք ավելի քիչ սպիտակուցներ են կլանում շիճուկից և, հետևաբար, ավելի քիչ հեշտությամբ են ճանաչվում իմունային համակարգի կողմից: Այս ոլորտում ամենակարևոր առաջընթացը պոլիէթիլեն գլիկոլի (PEG) պատվաստումն էր լիպոսոմի մակերեսին, որպեսզի առաջացնեն «գաղտագողի» ներառուկներ, որոնք երկար ժամանակ շրջանառվում են առանց իմունային կամ երիկամային մաքրման:

Առաջին գաղտագողի լիպոսոմները պասիվորեն ուղղված էին ուռուցքային հյուսվածքներին: Քանի որ ուռուցքները հրահրում են արագ և անվերահսկելի անգիոգենեզ, դրանք հատկապես շատ են «արտահոսում» և թույլ են տալիս լիպոսոմներին արյան հոսքից դուրս գալ շատ ավելի մեծ արագությամբ, քան նորմալ հյուսվածքները: Վերջերս աշխատանք է տարվել լիպոսոմի մակերեսին հակամարմիններ կամ այլ մոլեկուլային մարկերներ փոխպատվաստելու համար՝ դրանք որոշակի բջջի կամ հյուսվածքի տեսակին ակտիվորեն կապելու հույսով։ Այս մոտեցման որոշ օրինակներ արդեն կլինիկական փորձարկումների մեջ են:

Լիպիդային երկշերտերի մեկ այլ պոտենցիալ կիրառություն կենսասենսորների ոլորտն է: Քանի որ լիպիդային երկշերտը պատնեշ է բջջի ներքին և արտաքին միջև, այն նաև ազդանշանի լայնածավալ փոխանցման վայր է: Հետազոտողները տարիների ընթացքում փորձել են օգտագործել այս ներուժը՝ կլինիկական ախտորոշման կամ կենսաահաբեկչության հայտնաբերման համար երկշերտ սարք մշակելու համար: Այս ոլորտում առաջընթացը դանդաղ է եղել, և թեև մի քանի ընկերություններ մշակել են լիպիդների վրա հիմնված ավտոմատ հայտնաբերման համակարգեր, դրանք դեռևս ուղղված են հետազոտական ​​համայնքին: Դրանք ներառում են Biacore-ը (այժմ՝ GE Healthcare Life Sciences), որն առաջարկում է միանգամյա օգտագործման չիպ՝ լիպիդային երկշերտերը կապող կինետիկայի ուսումնասիրություններում օգտագործելու համար և Nanion Inc.-ը, որը մշակել է կարկատանների սեղմման ավտոմատացված համակարգ: Հետամուտ են լինում նաև այլ, ավելի էկզոտիկ կիրառություններին, ինչպիսիք են Օքսֆորդի Նանոլաբսերի կողմից ԴՆԹ-ի հաջորդականացման համար լիպիդային երկշերտ մեմբրանի ծակոտիների օգտագործումը: Մինչ օրս այս տեխնոլոգիան կոմերցիոն առումով կենսունակ չէ:

Աջակցված լիպիդային երկշերտը (SLB), ինչպես նկարագրված է վերևում, հասել է կոմերցիոն հաջողության՝ որպես դեղամիջոցների թափանցելիությունը չափելու զննման տեխնիկա: Այս զուգահեռ արհեստական ​​թաղանթների թափանցելիության փորձարկման PAMPA տեխնիկան չափում է թափանցելիությունը հատուկ ձևավորված լիպիդային կոկտեյլ(ներ)ի միջով, որոնք մեծապես փոխկապակցված են Caco-2 կուլտուրաների, ստամոքս-աղիքային տրակտի, արյունաուղեղային արգելքի հետ և մաշկի։

## Պատմություն
Քսաներորդ դարի սկզբին գիտնականները եկել էին այն համոզման, որ բջիջները շրջապատված են բարակ, նավթանման պատնեշով, սակայն այս թաղանթի կառուցվածքային բնույթը հայտնի չէր: 1925 թվականին երկու փորձարկումները հիմք դրեցին այս բացը լրացնելու համար: Չափելով էրիթրոցիտների լուծույթների հզորությունը՝ Հյուգո Ֆրիկեն որոշեց, որ բջջային թաղանթն ուներ 3,3 նմ հաստություն։

Չնայած այս փորձի արդյունքները ճշգրիտ էին, Ֆրիկեն սխալ է մեկնաբանել տվյալները՝ ենթադրելով, որ բջջային թաղանթը մեկ մոլեկուլային շերտ է: Պրոֆեսոր Դոկտոր Էվերտ Գորթերը (1881–1954) և Լեյդենի համալսարանից Ֆ. Գրենդելը խնդրին մոտեցան այլ տեսանկյունից՝ տարածելով էրիթրոցիտների լիպիդները որպես մոնաշերտ Լանգմյուիր-Բլոդջեթի ափսեի վրա: Երբ նրանք համեմատեցին միաշերտի մակերեսը բջիջների մակերեսի հետ, նրանք գտան երկու-մեկ հարաբերակցությունը: Հետագայում վերլուծությունները ցույց տվեցին մի քանի սխալներ և սխալ ենթադրություններ այս փորձի հետ կապված, բայց, ի վերջո, այդ սխալները չեղարկվեցին, և այս թերի տվյալների հիման վրա Գորթերն ու Գրենդելը հանգեցին ճիշտ եզրակացության, որ բջջաթաղանթը լիպիդային երկշերտ է:

Այս տեսությունը հաստատվեց 1950-ականների վերջին էլեկտրոնային մանրադիտակի կիրառմամբ։ Չնայած նա չհրապարակեց լիպիդային երկշերտերի առաջին էլեկտրոնային մանրադիտակային հետազոտությունը, Ջ. Դեյվիդ Ռոբերտսոնն առաջինն էր, ով պնդեց, որ երկու մուգ էլեկտրոնային խիտ շերտերը երկու հակված լիպիդային միաշերտերի գլխախմբերն ու հարակից սպիտակուցներն էին: Այս աշխատության մեջ Ռոբերտսոնը առաջ քաշեց «միավոր թաղանթի» հայեցակարգը։ Սա առաջին դեպքն էր, երբ երկշերտ կառուցվածքը համընդհանուր վերագրվում էր բոլոր բջջային թաղանթներին, ինչպես նաև օրգանոիդային թաղանթներին:

Մոտավորապես միևնույն ժամանակ, մոդելային թաղանթների մշակումը հաստատեց, որ լիպիդային երկշերտը կայուն կառուցվածք է, որը կարող է գոյություն ունենալ անկախ սպիտակուցներից: «Նկարելով» լիպիդի լուծույթը օրգանական լուծիչի միջով, Մյուլլերը և Ռուդինը կարողացան ստեղծել արհեստական ​​երկշերտ և պարզել, որ այն դրսևորում է կողային հեղուկություն, բարձր էլեկտրական դիմադրություն և ինքնավերկանգնում՝ ի պատասխան պատռվածքների, որոնք բնական բջջաթաղանթի հատկություններ են: Մի քանի տարի անց Ալեք Բանգհեմը ցույց տվեց, որ երկշերտները՝ լիպիդային ներառուկների տեսքով, կարող են ձևավորվել նաև չորացած լիպիդային նմուշը ջրի մեջ դնելով: Սա կարևոր առաջընթաց էր, քանի որ ցույց տվեց, որ լիպիդային երկշերտերը ձևավորվում են ինքնաբերաբար՝ ինքնուրույն հավաքման միջոցով և չեն պահանջում օրինաչափ աջակցության կառուցվածք:

1977 թվականին Կունիտակեն և Օքահաթան պատրաստեցին ամբողջովին սինթետիկ երկշերտ թաղանթ՝ մեկ օրգանական միացությունից՝ դիդոդեցիլդիմեթիլամոնիումի բրոմիդից։ Այն հստակ ցույց է տալիս, որ երկշերտ թաղանթը հավաքվել է միջմոլեկուլային ուժերի կողմից։

## Տես նաև
* Մակերևութային ակտիվ նյութեր

## Ծանոթագրություններ

## Արտաքին հղումներ

* LIPIDAT An extensive database of lipid physical properties
* Structure of Fluid Lipid Bilayers  Simulations and publication links related to the cross sectional structure of lipid bilayers.

Կատեգորիա:Բջջաբանություն
Կատեգորիա:Լիպիդներ
Կատեգորիա:Կենսաբանական թաղանթ
Կատեգորիա:Կենսաքիմիա
Կատեգորիա:Մոլեկուլային կենսաբանություն
Կատեգորիա:Օրգանոիդներ
Կատեգորիա:Ֆոսֆոլիպիդներ