Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 172
Текст из файла (страница 172)
11-6. Асимметричное распределение фосфолипидов между внутренним и наружным монослоями плазматической мембраны зритроцита. Распределение специфического фосфолипида определяется при обработке интактной клетки фосфолипазой С, которая не может подействовать на липиды внутреннего монослоя но удаляет «головки» липидов внешнего монослоя. Содержание высвобожденных «головок» является мерой количества каждого липида в наружном монослое.
Липиды цлазматической мембраны асимгнстрично распределены между двумя монослоями, хотя в отличие от мембранных белков зта асимметрия не абсолютна. В нлазматической мембране зритроцита, например, холинсодержащие липиды (фосфатидилхолин и сфингомислин) обычно находятся во внешнем (акзоплазматическом) моиослое (рис. 11-5), в то время как фосфатидилсерин, фосфатидилатаноламин и фосфатилилинозиты гораздо более часто встречаются во внутреннем (цитоплазматическом) люнослос. Измснсния в распределении липидов между монослоями плазматической мембраны приводят к серьезным последствиям.
Например, только когда фосфатидилссрин в плазматичсской мембране переходит в наружный монослой, тромбоцит способен исполнить свою роль в образовании кровяного сгустка. Для многих других типов клеток наличие фосфатидилссрина на внешней поверхности мембраны служит «меткой» для разрушения клетки путем программируемой клеточной смерти. Три типа мембранных белков различаются расположением в мембране Интегральные мембранные белки очень прочно связаны с мембраной, они удшгяются только с помощью агентов, которые нарушают гидрофобные взаимодействия, — детергснтов, органических растворителей или денатурирующих веществ (рис. 11-6). Периферические мембранные белки связываются с мембраной посредством злсктростатических взаимодействий или образования Рис.
11-6. Периферические, интегральные и амфитропиые белки. Мембранные белки можно разделить в соответствии с условиями, необходимыми для их высвобождения из мембраны. Большинство периферических белков высвобождаются при изменении рН или ионном силы, удаления Са"-хелатирующими агентами или при добавлении мочевины или карбоната. Интегральные белки экстрагируются детергентами, нарушающими гидрофобные взаимодействия с липидным бислоем и образующими мицеллоподобные кластеры вокруг отдельных белковых молекул. Интегральные белки, ковалентно связанные с мембранными липидами, такими как гликозилфосфатидилиноэит (БРС рис.
11-14), можно выделить, обработав фосфолипазои С. Амфитропные белки иногда соединены с мембраной. а иногда нет; процесс связывания регулируется, например, с помощью обратимой реакции пальмитилирования. 11.1 Состав и строение мембран 15311 водородных связей с гидрофильными доменами интегральных белков и с полярными «головками» мембранных липидов.
Они могут высвобождаться после относительно мягкой обработки, влияющей на электростатические взаимодействия или разрушающей водородные связи; для этого часто добавляют карбонат при высоких рН. Амфитропные белки могут как находиться в цитозоле, так и быть связанными с мембраной. Их сродство к мембранам в некоторых случаях определяется нековалентными взаимодействиями с мембранными белками или липидами, а в других случаях объясняется наличием одного или нескольких липидов, связанных с амфитропныл1 белком ковалентной связью (см.
рис. 11-14). Обычно обратимое связывание амфитропных белков с мембранами регулируется; например, фосфорилнрование или связывание лиганда может привести к конформационным изменениям в белке, в результате которых открывается ранее недоступный участок связывания с мембраной. Многие мембранные белки пронизывают липидный бислой Топологию мембранного белка (его локализацию относительно липидного бислоя) можно определить с помощью реагентов, которые взаимодействуют с боковыми цепями белка, но нс могут пересекать мембраны. Это, например, полярнь1с химические реагенты, которые взаимодействуют с первичными аминами остатков лизина, или ферменты, подобные трипсину, которые расщепляют белки, но не могут проходить через мембрану. Удобный объект для таких исследований — эритроциты человека, так как они не содержат мембраносвязанных органелл, а единственная их мембрана — плазматическая.
Если мембранный белок в интактном эрнтроците реагирует с агентом, не проходящим через мембрану, этот белок должен иметь по крайней мере один домен, расположенный на внешней (внеклеточной) стороне мембраны. Трипсин расщепляет внеклегочныс домены, но не влияет на домены, скрытые внутри бислоя нли расположенные исключительно на внутренней поверхности, если только плазматическая мембрана не разрушается специально, чтобы сделать эти домены доступными для фермента.
Эксперименты с такими топологически специфическими реагентами показывают, что гликопротеин эритроцитов гликофорнн пронизывает плазматичсскую мембрану. Его 1ч-концевой домен (несущий углеводные цепи) расположен на внешней поверхности и распгецляется трипсином. Карбоксильный конец выступает из мембраны внутри клетки, где он нс может реагировать с непроникающими реагентами. 1 ...,,, Оз:Ш,4,.-ф„ З«1»:.,тй.й1(яе 1(9»', 4ь!)Р»!1,.'-111«К"'„'Ф Ы-конец '.-'::!'ФФ«дг'." . ' зж Ф: ''„:г, 1~-,~:м'",;4~~~,.М«~ ' ' ' Снару1ки ,-' ~„-; ф1.:;:;«ту~".~;-'ж '1, 'Ыз,." ' ':,«,.'.1, . *, »»", * Ф»«'' ,: с,.
-за «» »,: "г»« ':-'=~' "М'. Внутри 11 ** :*;:«НАИ(1О«!4~",:~-',-..*;:.-.;Ям С-кокса 131 Рис. 11-7. Гликофории в зритроците пронизывает бислой. Один гидрофильный домен, содержащий все сахарные агитки, находится на внешней поверхности, а другой гидрофильный домен «высовывается» из внутренней поверхности мембраны.
Каждый красный шестиугольник изображает тетрасахарид содержащий две иолекулы Меа5Ас (сиаловая кислота), ОаС и Оа1МАс, связанные через кислород с остатком серина (Бег) или треонина (ТЪг); синий шестиугольник — алигосахаридная цепи связанная через атом М с остатком Азп. В реальности у олигосахаридных единиц относительный размер больше.
Сегмент из 19 гидрофобных остатков (75-93) образуют а-спираль, которая пересекает мембранный бислай (рис. 11-1Ъ а). Сегиент из остатков аминокислот 64-74 содержит несколько гидрофобных остатков и, вероятно, погружен в мембрану с внешней стороны, как показано на рисунке. Тил 1 СОО Тип 11 Тип 111 Тил 1Ч Тип Ч Тип ЪЧ Вщ ри руши 1532) Часть 1. П. Биологические мембраны и транспорт И )Ч-, и С-концевые домены содержат много полярных или заряженных аминокислотных остатков и поэтому полностью гндрофнльны. Однако сегмент в центре белка (остатки 75 — 93) солержит много гидрофобных аминокислотпых участков, и это приводит нас к заключению, что гликофорин имеет трансмембранный сегмент, расположенный так, как показано на рис. 11-7.
Экспериментально выявлено, что гликофорин в мембране расположен асимметрично: Х-конец всегда направлен наружу. Аналогично для других мембранных белков показано, что каждый белок обладает своей специфической ориентацией в бислое: один домен трансмембранного белка всегда направлен наружу, другой — внутрь. Кроме того, гликопротеины плазматической мембраны всегда располагаются таким образом, что их сахарные остатки находятся на внешней поверхности клетки.
Как мы увидим, асимметричное расположение мембранных белков приводит к функциональной асимметрии. Если рассмотреть строение ионного насоса, например. выясняется, что все сто молскулы имеют одну и ту же ориентацию в мембране и, следовательно, работают в одном направлении. Интегральные белки взаимодействуют своими гидрофобными доменами с липидами и благодаря этому удерживаются в мембране Прочное соединение иптегральпых белков с мембранами достигается благодаря гидрофобным взаимодействиям между мембранными липидами и гидрофобными доменами белка. Некоторыс белки содержат елинственную гидрофобную последовательность в середине (как гликофорин), на Х- или С-конце. У других белков есть множественные гидрофобные последовательности, каждая из которых, если она илтеет о-спиральную конформацию, достаточно протяженна, чтобы пронизывать липидный бислой (рис.
11-8). Один из наиболее изученных белков, пронизывающих мембрану, бактериородопсин содержит семь сильногидрофобных внутренних последовательностей и пересекает липидный бислой семь раз. Бактериородопсин — это запускающнйся светом протонный насос, плотно упакованный в виде упорядоченных массивов в пурпурной мембране бактерии На!оЬас1ег(ит эа!тат(ипь С помощью рентгеновской кристал- Рис. 11-8. Интегральные мембранные белки. Известные белки плазматической мембраны по пространственным отношениям белковых доменов и липидного бислоя можно отнести к шести типам.
Типы 1 и П содержат только одну трансмембранную и-спираль; М-концевой домен находится снаружи в белке типа1и внутри — в белке типа П. Белки типа Ш имеют множественные трансмембранные спирали в одном полипептиде. Б белках типа 1Ч трансмембранные домены нескольких разных полипептидов соединяются с образованием канала через мембрану. Белки типа Ч удерживаются бислоем прежде всего с помощью ковалентно связанных липидов (рис.
11-14), белки типа Ч1 содержат и трансмембранные спирали, и липидные (БР)) якори. На этом рисунке и на протяжении всей книги мы представляем трансмембранные белковые сегменты в их наиболее вероятных конформациях — как а-спирали из шести-семи витков. Иногда эти спирали показаны просто в виде цилиндров. Поскольку относительно мало мембранных белковых структур было расшифровано методом РСА, июбражение внемембранных доменов условно и необязательно соответствует истинному масштабу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
