Поверхностные эффекты газовых пузырьков. Влияние газовых пузырьков на липопротеины
В результате поверхностной активности нерастворенного газа может изменяться структура и химическая реактивность веществ в месте контакта с жидкостью, как это было обнаружено Bull, Neurath в 1937 г. для белков плазмы. Хотя взаимодействие на границе между жидкостью и газом можно увидеть в любой ткани, в которой образуются газовые пузырьки, кровь, по-видимому, является тканью, в которой изменения, обусловленные поверхностью газа, будут иметь наиболее значительные последствия вследствие ее значительного неустойчивого равновесия реактивности и распределения по всему организму.
Окончательно это признали в течение последующих двадцати лет, когда резко расширили применение аппаратов искусственного кровообращения, оксигенации и фильтрации и стали избегать всеми возможными способами особых случаев поверхностного взаимодействия между кровью и инородным телом.
Изменения в крови, подвергнутой прямому действию газообразной фазы, происходят от того, что многие крупные биологические молекулы включают в себя смесь гидрофильных и гидрофобных химических участков, которые определяют их естественную трехмерно-пространственную структуру. Например, первичная структура глобулиновых белков плазмы определена последовательной фиксацией аминокислот гидрофильными пептидными связями. Однако их предпочтительная конформация в вадном растворе, при наименьшей свободной энергии, определена взаимодействием боковых цепей аминокислот, которые могут «быть гидрофобными по отношению друг к другу и воде.
Обычно это приводит к тому, что гидрофобные участки молекулы ориентирован вовнутрь и защищены от воды наружными гидрофильными участками. Липопротеины — белки, приспособленные для транспортировки и регуляции липидов в плазме и клетках, содержат небольшое количество ковалентно связанных липидов, но окружены углеводородными цепочками, имеющими нековалентную связь с гидрофобными участками, обращенными вовнутрь. При действии газообразной фазы на глобулиновые белки в водном растворе происходят локальные изменения свободной энергии раствора с переориентацией примыкающих к газообразной фазе молекул. В результате связи между молекулами рвутся (в порядке возрастания энергии); гидрофобные боковые цепочки проникают вовнутрь газообразной фазы, а гидрофильные группы переориентируются в окружающей жидкой среде.
Таким образом, белок, имеющий нативную сферическую структуру, денатурирует, причем степень денатурации зависит от продолжительности экспозиции, температуры, окружающего давления, концентрации белка и молекулярной среды. Физико-химические последствия такой денатурации в крови состоят в тенденции денатурированных молекул белка группироваться между собой и с другими протеинами и изменять физическое состояние, выпадая в осадок или образуя белковые гели в зонах застойного кровотока. Боковые цепи простетических групп раскрученного белка, не удерживаясь больше в стабильном состоянии водородными, ионными связями и гидрофобными образованиями, становятся способными к взаимодействию с соседними молекулами, включая расположенные на поверхности клеток. Это активизирует сцепление денатурированных белков с клетками, а клеток — друг с другом.
Внутримолекулярные компоненты, входящие в состав липопротеинов — триглицериды, стеролы и жирные кислоты, могут освободиться, чтобы при столкновении с жидкой фазой образовать новые формы, например, липидные мицеллы.
