Biokhimia_T1_Strayer_L_1984 (1123302), страница 60
Текст из файла (страница 60)
10.27). Для этого определенный компонент на поверхности клетки специфически метят флуоресцентным хромофором и помещают небольшую часть поверхности клетки (- 3 мкм') в поле зрения флуоресцентного микроскопа. Далее, находящиеся в поле зрения флуоресцирующие молекулы разрушают мощным пучком лазерных лучей, После этого определяют время нового появления флуоресценции в поле зрения, используя только слабое освещение, чтобы избежать дополнительного тушения. Если меченый компонент подвижен, то обесцвеченные молекулы исчезнут из поля зрения, а их место займут флуоресцирующие молекулы; в итоге интенсивность флуоресценции в поле зрения возрастет.
Скорость восстановления исходного уровня флуоресценцни зависит от латеральной подвижности флуоресцентно-меченого компонента, которую можно выразить через коэффициент диффузии Р. Среднее расстояние л (см), пройденное по плоскости за время г (с), зависит от Р (см с ') в соответствии с уравнением 5 = (4Рг)555 55 665 Клетка человека Клетка мыии Слияние Гетерокарнон фуаия опько соа) Рис.
10.2б. Схематическое изображение слияния клетки мыши и клетки человека с последующей лиффузней мембранных компонентов в плоскости мембраны. Спустя несколько часов после слияния маркеры с зеленой и красной флуоресценцией полностью перемешиваются. 1О. Введение в проблему биологических мембран 217 Коэффициент диффузии липидов в различных мембранах составляет примерно 10 ' см.с '.Таким образом,молекула фосфолнпида диффундирует в среднем на расстояние 2. !О а см, или 2 мкм, за 1 с. Это означает, что молекула лилида может леремгститься с одного конца бактериальной клетки на другой эа ! с.
Экспериментально установленная величина коэффициента диффузии показывает, что вязкость мембран примерно в 100 раз выше вязкости воды и близка к вязкости оливкового масла. В отличие от липидов белки очень неоднородны в отношении латеральной подвижности. Некоторые белки почти так же подвижны, кан липиды, другие — практически неподвижны.
Так, фоторецепторный белок родопсин характеризуется очень высокой подвижностью: его коэффициент диффузии равен 4 10 ' см' с '. С другой стороны, фибронектин (периферический гликопротеин, участвующий во взаимодействии клетки с субстратом) имеет коэффициент диффузии Р менее 10 'г см с '.
Малая подвюкность некоторых белков, возмохтно, объясняется тем, что они закреплены на субмембранных цитоплазматических структурах. туме Ворот яен ля » я ми о* ее е и ео »» хс к0 гуме»ив л Б В Рис. 10.27. Метод восстановления флуоресценции после фототушения. А-флуоресценция меченого компонента клеточной поверхности на небольшом освещенном участке клетки. Б — флуоресцирующие молекулы обесцвечивают интенсивной световой вспышкой.  — по мере того как в результате диффузии обесцвеченные молекулы выходят из освещенной области, а не подвергшиеся обесцвечиванию входят в нее, происходит восстановление флуоресценции до исходного уровня.
à †скорос восстановления зависит от коэффициента диффузии. 10.14. Мембранные белка не перемещаются поперек бнслоев В отличие от движения в плоскости мембраны спонтанное перемещение липидов от одной поверхности мембраны к другой происходит очень медленно. Перемещение молекулы с одной поверхности мембраны на другую называют поперечной диффузией (или "й(р-йор"-перескок), тогда как диффузию молекул в плоскости мембраны называют латеральнай диффузивй.
Методом электронного парамагнитного резонанса было проведено прямое определение поперечной диффузии фосфолипидных молекул в фосфатидилхолиновых пузырьках; оказалось, что переход молекулы фасфолипида с одной стороны бислоя на другую совершается один раз за несколько часов (описание эксперимента дано в конце главы в разделе «Вопросы и задачи», пункт 5). Таким образом, поперечная диффузия молекулы фосфолипида на расстояние 50 А занимает в 10" раз больше времени, чем диффузия на то же расстояние Часть 1 218 Конформации н динамика Время г в латеральном направлении. Энергетический барьер для поперечной диффузии молекул белка еще выше, чем для липидов, поскольку в белках значительно больше полярных участков. Г(роведеиные исследования не выявили поперечной диффузии белка. Следовательно, асимметрия мембран сохраняется на довольно длительное время. е ее ФФФЧВ(ие ея ФФ-чй(ве ге»ФФФФФее "ФФЕФФФеФЕ ФФФФ Ф ФФ Ф' вове" ' ФФ,Г,,Й Рис. 10.28.
Жидкостно-мозаичная модель. "15(пйег Я.1., )У((со1зоп О. Ь., Яс)енсе, 175, 723 (!972).1 10Л5. Жидкостно-мозавчная модель биологических мембран В 1972 г. Джонатан Сингер и Гарт Николсон (з. Япйег, О. )ь((со1воп) предложили жидкостно-мозаичную модель, объясняющую в общих чертах организацию биологических мембран. Согласно этой модели, мембраны представляют собой двумерные растворы определенным образом ориентированных глабулярных белков и лилидов (рис. 10.28). В пользу предложенной модели свицетельствует большое количество экспериментальных данных. Основные положения жидкостно-мозаичной модели сводятся к следующему. 1. Ббльшая часть мембранных фосфолипидов и гликолипидов представлена в виде бислоя.
Лнпидный бислой играет двоякую роль, будучи одновременно растворителем для интегральных белков мембраны и барьером проницаемости. Плааматнчеокак мембрана клетки АТР гв) Л атеральнаа дмффтама ОО Очень медленно Поаерачнаа днффуана (гири)ор) 219 !5 2. Небольшая часть мембранных липидов специфически связана с определенными мембранными белками и, вероятно, необходима для нх функционирования.
3. Мембранные белки свободно диффундируют в липидном матриксе в латеральном направлении, но не могут перемещаться в поперечном направлении, т.е. от одной поверхности мембраны к другой. 10.16. Мембранам свойственна асимметрия Мембраны асимметричны как по структуре, так и по функциям; об этом свидетельствуют примеры ориентации гликофорина и аниоиного канала, а также-более общий случай — локализация углеводов на наружной поверхности мембран. Наружная и внутренняя поверхности всех известных биологических мембран различаются на составу и ферментативнай активности. Яркой иллюстрацией этого положения может служить насос, регулирующий концентрации )к(а' и К' в клетках. Эта транспортная система имеется в плазматических мембранах почти всех клеток высших организмов.
)к)а'-К'-насос ориентирован в плазматической мембране таким образом, что выводит)к)а+ из клетки и насасывает К' в клетку (рис. 10.29). Для работы насоса требуется также АТР, ко~орый должен находиться на внутренней стороне мембраны. Специфический ингибитор насоса уабаин эффективен ° о о~ ~)) 00 Об 00 01 Рис. 10.29. Асимметрия системы сопряженного транспорта )5)а' и К' в плазматических мембранах. только при воздействии с наружной стороны мембраны. Как будет рассмотрено более подробно в одной из следующих глав (разд. 29.32), строго определенная ориентация мембранных белков обусловлена тем, что они синтезируются и включаются в мембрану, асимметричным образом.
Эта абсолютная асимметрия сохраняется благодаря отсутствию трансмембранных перемещений белков на всем протяжении их существования в мембране. Липины также распределены асимметрично, что обусловлено механизмом их биосинтеза, однако эта асимметрия практически во всех случаях, кроме гликолипидов, не является абсолютной. Например, в мембране эритроцита сфингомиелин и фосфатидилхолин расположены преимущественно в наружном слое бислоя, тогда как фосфатилэтаиоламии и фосфатидилсерин главным образом — во внутреннем. Холестерол в большом количестве присутствует в обоих слоях бислоя.функциональное значение асимметрии липидов пока еще не ясно. 10.17.
Текучесть мембрая зависит от состава жирных кислот в содержании холестерола В мембранном бислое цепи жирных кислот в молекулах липидов могут находиться либо в строго упорядоченном жестком, либо в относительно дезорганизованном, жидком состоянии. В упорядоченном состоянии все связи С вЂ” С имеют транс-конформацию, тогда как в неупорядоченном — гаш-конфор55ацию (рис. 10.30). Переход от твердого (полностью транс-) к жидкому (частично гош-) состоянию про- 1О. Введение в проблему биологвческих мембран Рнс.
10.30. Конформация связей С вЂ” -С в углеводородных цепях остатков жирных кислот. А — транс (1)-конформация. Б и Б — поворот на 120 дает гош (я)-конформацию, которая может быть я' (поворот по часовой стрелке) или я (поворот против часовой стрелки). При гош-конформации углеводородная цепь изгибается пол углом 120. исходит при повышении температуры выше точки плавления Т„,. Этот температурный переход зависит от длины цепи и степени не- насыщенности ацильного остатка.
Наличие насыщенных ацильных остатков благоприятствует жесткому состоянию, так как прямые углеводородные цепи легко взаимодействуют между собой (рис. 10.31, А). Наличие же двойной связи цис-конфигурации приводит к изгибу углеводородной цепи, из-за которого нирушается строгая упорядоченность укладки ацильных остатков, и в результате Тьл снижается (рис. 10.31, Б). Тем- Рис. 10.31.
Наличие лвойных связей цисконфигурации нарушает высокую степень упорядоченности упаковки углеводородных цепей жирных кислот. На приведенных пространственных моделях показана упаковка: А — трех молекул стеарата (С, в, насыщенный), Б — молекулы олеата (С,в, ненасыщенный) между двумя молекулами стеарата. Часть 1 220 Конформации и динамика пература перехода из жесткого состояния в жидкое зависит также от длины цепи. Длинные углеводородные цепи образуют более прочные связи друг с другом, чем короткие.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
