Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 176
Текст из файла (страница 176)
Действие скрамблаз приводит к контролируемому перемешиванию состава липидных «головок» на обеих сторонах двойного слоя. Активность этих белков сильно возрастает при увеличении концентрации ионов качьция в цитозоле, которое может быть следствием активации клеток, их повреждения илп апоптоза. Как отмечалось выше, появление фосфатидилсерина на внешней поверхности мембраны готовит клетку к апоптозу и поглощению ыакрофагами.
Наконец, еще одну группу белков составляют транспортеры фосфатидилинозита, основная функция которых состоит в перемещении фосфатидилинозитов через двойной липидный слои; считается, что эти белки игра1от важную роль в передаче сигпача и мембранном транспорте. Лилиды и белки латерально диффундирувт в бислое Молекулы липидов могут участвовать в лате- ральной диффузии в мембране, меняясь местами с соседними молекулами липидов, т. е.
совершать броуновское движение в пределах двойного слоя (рис. 11-16, б); такис перемещения могут быть очень быстрыми. Мо.пекула в одном монослос липидного бислоя, например внешнем мопослое плазматической мембраны эритроцита, может диффундировать столь быстро, что «проплывает» эритроцит за секунды. Из-за быстрой лате- ральной диффузии внутри плоскости бислоя положение молекул случайно меняется в течение нескольких секунд. Латеральную диффузию можно продемонстрироватьь экспериментально посредством присоединения флуоресцентных зондов к «головкам» лнпидовииспользованияфлуоресцентнойспектроскопии, для отслеживания поведения зондов во времени (рис.
11-17). По с одной из методик небольшая область клеточной поверхности (5 мкма) с флуоресцентно меченными лппидами обесцвечивается интенсивным лазерным облучением так, чтобы облученное пятно болыпе пе флуорссцировало, при наблюдении в гораздо более слабом свете флуоресцентного микроскопа. Однако в течение миллисекунд наблюдаемый участок восстанавливает свою флуоресценцию, по мере того как «необссцвеченные» липидные молекулы диффундируют в область «обесцвеченного» пятна, а «обесцвеченные» вЂ” из него.
Мерой скорости латеральной диффузии липидов является скорость возобновления флуоресценции после фотообесцвечивания (ИКАР от англ. Г1иогезсенсе гесооегп а~~ег рйотоЫеасЫнд). Прп использовании метода ИКАР было показано, что некоторые мембранные липиды диффундируют со скоростью до 1 мкм/с. Другая методика отслеживания одиночной частицы позволяет наблюдать за движением одной-единственной молекулы в плазматнческой мембране за очень короткий промежуток време- [542) Часть 1. 11. Биологические мембраны и транспорт о=» эз»з ».,»«х р, »р, нии с тимм Флуоресцентный зонд в линидах заблюлаем поверхность в флуорссиентном микро- скопе нн. Результаты таких исследований подтверждают быструю латеральную лнффузию внутри малой выделенной области поверхности клетки н показывают, что движение от одной такой области к соседней области затруднено; мембран- Рис.
11-17. Измерение скоростей латеральиой диффузии липидов методом обесцвечиваиия флуоресцеиции (РЙАР). Липиды в наружном монаслое плаэматической мембраны метят непроникающим сквозь мембрану флуоресцентным зондом (красный цвет), так что при наблюдении с помощью флуоресцентного микроскопа поверхность мембраны равномерно флуоресцирует. Маленькое пятно обесцвечивается при интенсивном облучении лазерным лучом (эта область не флуоресцирует). Со временем меченые липидные молекулы диффундируют в обесцвеченную область, н оиа снова становится флуоресцирующей. Иэ кинетики возобновления флуоресценции определяется коэффициент диффузии меченого липнда.
Обычно скорости диффузии липндов высокие; лнпир, движущийся с этой скоростью, может «обойти» Е. сой эа 1 с. (Метод »КАР можно также испольэовать длл измерения латеральной диффузии мембранных белков.) ные лип иды ведут себя так, как если бы онн были помещены в загон, огороженный забором, через который онн могли бы время от времени перескакивать (рис.
11-18). Многие мембранные белки, по-внднмому, «плавают» в море лнцндов. Подобно мембранным липндам, эти белки могут латерально лнффундировать в плоскости бнслоя и находятся в постоянном движении, что подтверждается методом ИКАР с флуоресцентно меченными поверхностными белками. Некоторые мембранные белки соединяются в пэтчн (от англ. рагсй— заплатка) — большие агрегаты на поверхности клетки илн органеллы, в которых молекулы не могут двигаться друг относительно друга; например, ацетилхолиновые рецепторы образуют плотные цэтчн на плазматичсской мембране нейрона в области синапсов. Другие мембранные белки заякориваются на внутренних структурах, что предотвращает их свободную диффузию.
В мембране эритроцита и глнкофорнн, н хлорндно-бикарбонатный обменннк (с. 55б) привязаны к спектрину, нитевидному белку цитоскелета (рис. 11-19). Одним нз возможных объяснений представленной на рис. 11-18 картины латеральной лнффузнн лнпндных молекул является то, что мембранные белки, нммобнлизованныс посредством связывания со спектрином, служат «нзгородью», которая определяет области относительно неограниченного движения липидов. Старт Финиш оо.з1 м«ы Хлорил-бикарбонат 1- ж„ обменивающие белки ' ликофорим Снарузки ';. 4[[))$к~!~~~ !! еь м;*.:о'ьтьае мембрана чйь Анкирин Спектрин путь отлельной...-, !и!т -фт —,.; / липилной молекулы:1~!ве Д ф; Соеликительнмй -и: --- — ф ", комплекс(актин) В ури Рис.
11-19. Ограниченное движение хпориднобинарбонатного обменника и гликофорина в эритроцитах. Белки пронизывают мембрану и присоединяются к спектрину, белку цитоскепета, с помощью другого белка — анкирина при этом ограничивается их способность к патерапьному перемещению. Анкирин заякоривается в мембране ковапентно связанной пальмитоильной боковой цепочкой (рис.
11-14). Спектрин, длинный нитевидный белок, образует поперечную сшивку с соединительным комплексом, содержащим актин. Сеть поперечносшитых молекул спектрина, связанных с внутренней стороной ппазматической мембраны, делает мембрану устойчивой к деформации. Эта сеть заякоренных мембранных белков служит «загоном» в эксперименте, показанном на рис. 11-18; движения пипидов ограничены областями, содержащими связанные мембранные белки. П.2 Динамика мембран [54З[ ° [Рис. 11-18. Скачкообразная диффузия отдельных липидных моленул. С помощью флуоресцентного микроскопа сделана видеозапись движения отдельной фпуоресцирующей пипидной молекулы на поверхности клетки с разрешением 25 мкс (что эквивалентно 40 000 кадров в секунду).
Показан трек молекулы, за которой наблюдали в течение 5б мс (всего 2250 кадров; путь начинается в фиолетовой области и продолжается через голубую, зеленую и оранжевую). Картина движения указывает на быструю диффузию внутри ограниченной области (окопо 250 нм в диаметра она окрашена одним цветок) со случайными перескоками в прилежащую область. Напрашивается аналогия, что пипиды словно огорожены «молекулярной изгородью», которую они время от времени перепрыгивают. Сфинголипиды и холестерин объединяются в кластеры — мембранные рафты Мы видели, что диффузия мембранных липилон из одного монослоя в другой в случае, если она не катализнрустся, протекает очень медленно и что разные виды липнлов плазматической мембраны распределены н этих моцослоях асимметрично (рис.
11-5). Даже внутри одного монослоя распределение липидов небесцорядочно. Гликосфинголипилы (цереброзилы и ганглиозиды), содержащие обычно ллиццоцспочечные насыщенные жирные кислоты, образуют во внешнем монослое промежуточные кластеры, в которых практически отсутствуют глицерофосфолипилы, имеющие, как правило, одну ненасыщенную ацильную жирнокислотную группу и более короткую насыщенную жирцокислотную группу.
Длинные насыщенные ацильные группы сфинголипидов люгут образовывать более компакт!!ые, более стабильные связи с длинной кольцевой системой холестерица, чем более короткие, часто ненасыщенные цепи фосфолипидов. Состоящие из холестерина и сфинголнпидов микродомены в наружном монослое плазматической мембраны, видимые с помощью атомно-силовой микроскопии (доп. 11-1), несколько толще и более упорядочены (менее жидкие), чем прилежащие микро- домены, обогащенные фосфолипилами.
Они с большим трудом растворяются неионными детергентами и ведут себя, как жилко-упорядоченные сфинпэлицилныс плоты (рафты), дрейфующие в Лазер оцсоль Обратны о Рис. 1 ег !О нм 2 нл~ Рис. 2 (544! Часть!. Я. Биологические мембраны и транспорт В атомно-гилоной микроскопе (ЛСМ) ца подвижной консоли закреплен микроскопичсгкпй вопд с острым наконечником (рис. ! ). Электр<к'татнчггкис и ван-дсрваальсоны нзаимодейстннн между наконечником и образцом обусловливают силу, которан передннгаст зонд ннерх н нпиз (н г-намерении) по мере того, как он проходит по образцу, отслеживал его !хщьсф. С помощью лазсрноп1 луча, отраженного от консоли, фиксируетсн днижспие даже па столь ман>с расстонппе, как 1 А. В одном из т|пюв атомно-сплоного микроскопа дсйствухицан па вопд сила поддержпвастгн постоянной (порндка пнкопьютопов) с помоною контура с обратной связью, который загтавлнст платформу с образцом полпиматьсн или опускатьсн, чтобы гила оставалась нсиал1снной.
Серии сканиронаний в направлепинхх и у (в плоскогтп мембраны) даст трехмерную контурнух) карту поверхности образца с разрсшснисль близким к размеру атомов: 0,1 цлг в вертикальном измерении; 0,5-1,0 пм в латсрвльных направлениях. С помон!ьн~ этой методики были визуализированы рафты, шжазанные на рис. 11-20, б. В благопринтных случаях ЛСМ можно использовать лля изучспцн отдельных молекул мел~бранных бслкон.
Одиночныс молекулы бактериородопсина в пурпурных мембранах бактерии Па!обаггепт зайпппит (рис. !1-9) видны как ныгокоупорндпченныс гтруктуры (рис. 2, и). 1!ри говмсщсцпи с помощью колшыотера негкольких изображений отлсльных единиц реальные части изображения усиливают лруг прута, а шум нсключастсн путем усреднения; на выходе получается изображение белка г высоким разрешением (вставка на рнг. 2, а). Г!рн наблюдении как будто бы извне клетки реконструированный в липид- Платформа лвн гастон.
чтобы сохраннлось постоянное давление па наконечник консоли. Смешение н х-измерении Оп1бражастсн как функции от х, у. ных бислонх очищенный аквапорпп Е. гой дсыонст!ин руст в ЛСМ отчетливые детали псрпплазматических доменов белка (риг. 2, 6). Кране того, ЛСМ показынает, что комплекс Г„(движущий протоны механизм ЛТР-гиптазы хяо!нн1ластов; рис. 19-64) составлен из многих субъсдипиц, расположенных н нпдс круга (на рис. 2, и показано 14 субъсдициц). 11.2 Динамика мембран !5451 Рафт.
обогапк.иный ефингалнпнламн. холестерином Снаружи (! т,1:!::) (вальмнтайл, мнрнсп>нл) ц<ю,щ.ш>х,вапп„н Кап«олин белок апнлнроваппый а белок Рмс. 11-20. Ммкродомены (рафты) в мембране. а) Стабмльные ассоцматы сфмиголмпмдов и холе<термна во внешнем монослое образуют ммкродомен несколько большей толщины, чем другие области мембраны, обогащенный специфическими видами мембранных белков.
В наружном монослое таких рафтов наиболее часто обнаруживаются 6Р1-связанные белки. а белки с одной илм неснольнимм ковалентно связанными длмнноцепочечными ацмльнымм группами типичны для внутреннего монослоя. Кавеолмн особенно часто встречается в вогнутых внутрь рафтах, называемых кавеоламм (рмс. 11-21). Белки с присоединенными пренмльнымм группами (такие хах Каз; см. доп. 12-2) имеют тенденцию к выталкиванию мз рафтов. б) В данной искусственной мембране (созданной ка поверхности слюды) из холестерина, синтетического фосфолнпмда диолеилфосфатмдмлхолина и 6Р1-связанного белка плацентарной щелочной фосфатазы наибольшая толщина наблюдается в области рафтов (по данным атомно-силовой микроскопии; см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
