Неожиданное асимметричное распределение холестерина и фосфолипидов в равновесных модельных мембранах

Асимметрия липидного состава между листками плазматической мембраны — повсеместная особенность эукариотических клеток. Считается, что она поддерживается главным образом за счёт активного переноса липидов между листками. Этому способствует медленная диффузия длинноцепочечных фосфолипидов и сфинголипидов через бислой: на неё уходят часы или дни. Однако определить, какой из листков предпочитает холестерин — самый распространённый липид плазматической мембраны клеток животных, — оказалось сложнее. В этой работе показано, что при добавлении насыщенного липида к смеси ненасыщенного пальмитоилолеоилфосфатидилхолина (POPC) и холестерина асимметрия распределения холестерина и длинноцепочечных фосфолипидов между листками мембраны возникает самопроизвольно. В экструдированных однослойных везикулах большая часть холестерина, а также насыщенный липид — дипальмитоилфосфатидилхолин или сфингомиелин — локализовались во внутреннем листке, тогда как POPC преимущественно распределялся во внешнем. Такое распределение приводило к небольшому перевесу числа молекул фосфолипидов во внешнем листке — то есть в листке, в котором холестерин и насыщенные липиды накапливались меньше. Результаты получены с помощью ЯМР-спектроскопии с вращением под магическим углом (MAS NMR) в сочетании с малоугловым рассеянием нейтронов (SANS); для различения видов липидов использовали изотопную метку. Полученные данные позволяют предположить, что асимметрия мембран может возникать под действием термодинамических процессов. Кроме того, результаты MAS NMR показывают, что нижняя граница периода флип-флопа холестерина при 45 °C составляет 10 мс, что как минимум в 100 раз превышает значения, предсказываемые современным молекулярно-динамическим моделированием. Это резко расходится с данными предыдущей работы, согласно которой верхняя граница периода флип-флопа холестерина при 37 °C составляла 10 мс.