Биохимия 1 (1984) (1128709), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Трехмерная модель мембран по данным электронной микроскопии Как мы видели на примерах переносчиков кислорода н ферментов, описанных в предылушнх главах, рентгеноструктурный анализ является надежным методом изучения трехмерной структуры растворимых белков. Применим ли ренттеноструктурный анализ к мембранным белкам? Трудность заключается в том, что до сих пор не удавалось получить интегральных белков мембраны в виде трехмерных кристаллов. Однако некоторые мембранные белки образуют правильную решетку в плоскости мембраны, т, е. двумерные кристаллы.
Структурный анализ этих кристаллоидных форм удается осуществить с помощью электронной микроскопии; в частности, такое исследование бьшо с успехом проведено на пурпурной мембране На!оЬасгепит Ьа)оЫит — бактерии, обитающей в соленой среде. Пурпурная мембрана-зто специализированная область клеточной мембраны, содержащая бактериородоисин — белок массой 25 кДа, который превращает энергию света в транс- мембранный протонный градиент, используемый для синтеза АТР (разд. 19.21). Были получены кристаллонды в виде листка, или диска, диаметром до 1 мкм.
Благодаря тому что в кюкдом из ннх содержалось около 20000 молекул бактернородопсина, можно было получить изображение, используя очень слабый пучок электронов и тем самым сводя к минимуму радиацнонные повреждения. Кроме того, для получения изображения с высокой степенью разрешения можно было брать неокрашенные препараты. Одно электронно-микроскопическое изображение кристаллоидного листка пур- Т1 Рис. 10.32. А — модель бактернородопси- на, сконструированная по данным трехмерной карты с разрешением 7 А.
Б-схема для пояснения; показано размещение п-спирализованиых участков в липидном бислое. Связи между этими спиралями в настоящее время еще не определены. (Печатается с любезного разрешения д-ра й. Непс(егзоп и д-ра М, ()пайп.) Заказ 665, стр, 39-43 Голдобина С. 1О. Введение в проблему биологических мембран 221 пурной мембраны дает внд структуры, спроецированной на плоскость. Следующий этап — получение изображений последовательных срезов и обработка информации, заключенной примерно в 20 снимках, методом рядов фурье. Используя описанный подход, Ричард Хендерсон и Нигел Ануин (К.
Непдегвоп, )ь). 1)паап) сконструировали трехмерную модель пурпурной мембраны с разрешением 7 А (рис. 10.32). Белки этой мембраны содержат семь платно упакованных х-спиралей, которые идут почти перпендикулярно плоскости мембраны, занимая по ширине около 45 А. Пространство между молекулами белка заполнено липидным бислоем. Вполне вероятно, что принцип структурной организации пурпурной мембраны использован и в организации другах интегральных белков.
Предполагается, в частности, что мембранные насосы и каналы содержат испиралнзованные участки, пронизывающие бислой. Заключение Биологические мембраны представляют собой плоские структуры шириной порядка 75 А, которые состоят из молекул белков и липидов, удерживаемых вместе нековалентными связями. Мембраны служат барьерами проницаемости с высокой степенью избирательности. Они отграничивают замкнутые пространства (компартменты) в виде целых клеток или субклеточных органелл. Встроенные в мембраны насосы и каналы регулируют молекулярный и ионный состав этих компартментов.
Мембраны регулируют также обмен информацией между клетками. В частности, на некоторых мембранах находятся рецепторы гормонов, например рецепторы инсулина. Кроме того, мембраны непосредственно участвуют в таких процессах превращения энергии, как фотосинтез и окислнтельное фосфорилирование. Основные классы мембранных липидов— это фосфолипиды, гликолипнды и холестерол. К классу фосфолипидов относятся фос- фоацилглицеролы, построенные из глэщеролового скелета, двух цепей жирных кислот и фосфорилированного спирта.
Цепи жирных кислот содержат обычно от 14 до 24 атомов углерода и могут быль как насыщенными, так и ненасьпценными. Основные фосфоацилглицеролы — фосфатидилхолии, фосфатидилсерин и фосфатидилэтаноламин. К фосфолипидам другого типа принадлежит сфннгсмиелнн, основу скелета которого составляет не глицерол, а сфингозин. Гликолипиды представлены углеводсодержащими липидами — производными сфингозина. Все мембранные липиды — амфипатические' соединения. В водных растворах они спонтанно образуют обширный бимолекулярный слой, состоящий из гидрофильной н гидрофобной фаз. Липидные бислои характеризуются крайне низкой проницаемостью для ионов и большинства полярных соединений; в то же время бислой жидкий, что позволяет ему служит растворителем для мембранных белков.
Отдельные функции мембран, такие, как транспорт, коммуникация, преобразование энергии, выполняются специфическими белками. Некоторые мембранные белки погружены в глубь углеводородной части липидного бислоя. Трансмембранные белки, в частности белок полосы 3 из мембраны эритроцитов, могут служить ионными каналами. Мембраны ассиммегричны структурно и функционально; это проявляется как в направленности действия систем транспорта ионов, так и в локализации угле- водных остатков только на наружной стороне плазматических мембран клеток млекопитающих. Мембраны — динамичные структуры, и в отсутствие специальных ограничений составляющие нх белки и липиды быстро диффундируют в плоскости мембраны (латеральная диффузия). Однако переход белков и липидов с одной стороны мембраны на другую (поперечная диффузия, «())р-бор»-перескок) происходит крайне медленно.
Степень текучести мембран частично зависит от длины цепей и степени ненасыщенности составляющих их жирных кислот. Часть 1 222 Конформация и динамика РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА )Ийеу-Гпгегю!сисе, (Ясное изложение термодииамических аспектов струк- турной органиэаиии мембран.) Динамика мембрав Ртуг С.О., Едит М., 1970. Тье тарЫ штегпнк(пй о( сей ьигГасе апдяепь айег Гоппатюп о( тонье-Ьиптап Ьетегокагуопь, 3. Сей Бст., 7, 319-335. Катньгтд Я.
О., МсСоплеИ Н. и., 1971. !пяде-оияме 1гапк боль оГ рьо- ьрЬойрЫь )п теяс)е шешЬгапеь, В)осЬешедгу, 10, 1111-1120. Соле К. А.. 1972. Ко!анапа! гйбияоа оГ гЬодоряп тп йе пят( гесертог шетпЬгапи Наготе Неп Вю(„236, 39-43. Рао М.. Сонг Я. А, 1974. Гл!ега( д(Г- Гиз!оп оГ гьодорьш тп йе рва!о!ссср!от шептЬгапе, Ха!иге, 247, 438-441.
Еьоп Е.1... Бсыемыдгт А, 1979. Еопя- гапКе пюбопь оп сей ьштасеь. 1и: БсЬпнп Г.О. апд %отдел Г.С. (едз.). ТЬе Неигоьсгепст: ГоиПЬ В!иду Ргоягаш, рр. 691 -701, М!Т Реем (Обсуждение метода восстановленив флуоресиенпии после фототушени» и использование этого метода лля измерения латеральной диффузии компонентов клеточной поверхнос- ти.) Беейд А.. Беедд А, 1977. Екает оГ а яп81е сж доиЫе Ьопд оп гЬе ягисшге о(а рьоьрЬоИРЫ Ь|1ауег, ВюсЬепэыгу, 16, 45 — 50.
Электровиая микраскеаия мембран Втангоп О., 1966. Ггасшгс Гасез оГ Гтогеп шешЬгапсь, Ргос. На!. Асад. Бст., 55, 1048 — 1056. Нендетьаи К., Нлктл Р. и. Т., 1975. ТЬгее.дппепяопа( люде) оГ ригр(е шешЬгапе оЫа(пед Ьу е1сс1гоо кие циклопропановые жирные кислоты повышать или понижать текучесть мембран? !. Сколько молекул фосфолипидов содержится в ! Мкмэ фосфолипидной двуслойной мембраны? Предположим, что одна молекула фосфолипида занимает площадь ?О Аэ.
2. Жирные кислоты, входящие в состав бактериальных фосфолипидов, содержат циклопропановое кольцо. Какое влияние должно оказывать циклопропановое кольцо на упаковку углеводородных цепей внутри бислоя? Будут ли та- Ст'т 0 Р НэС вЂ” (СНт)ь — С вЂ” С вЂ” (СНт)т — С О з. Какое в среднем расстояние проходят мембранные липиды за 1 мкс, ! мс и ! с? Коэффициент диффузии можно принять равным (О Я смэ с (О.
Введение в проблему биологических мембран 223 С чего начать Бтдет Б.А, Нтсавал 6.1., 1972. ТЬе Пшд тпоьатс пнх!е( оГ йе ягистиге оГ сей шешЬгапеь, Бстепсе, !75, 720-731. Кауу М. С., 1976. Сей-ьигГасе ттшипо)ойу, Бс(. Ашст., 234 (5), 30 39 (Ясно написанная и хорошо нллнктрнрованная статья, в которой пакаэано, как антибиотики используются для изучения структуры и динамики клеточной поверхности.) Кайтан К Е., Еептд А, 1977. МтпЬгапе азушпкггу, Бс(енсе, 195, 743 — 753.
Маям рафвп п обзоры Втгтьс8ее М. Б., Яа)Г М. С., 1975. Мапипайап р)шша шешЬгапеь, Хмиге, 258, 43-49. Втепсьгт М.Б.. 1973. МетпЬгапе Ягистшет юше бенета) рппс1р)еь, Бстепсе, 181, 622-629. Аьдкей 6., Матея А.6.. 1977. МешЬгапе 8)усоргагс)пь апд ггсояпй)оп РЬепошепа, Тгепдь ВюсЬеш. Бс(., 2, 76-78. Туттей О.А., Неай Т.О., СоИсу С.М., Кутан В.Е., 1976. Хен шресть оГ Ьроьошез, ВюсЬпп. ВюрЬуь. Асга, 457, 259 302. Розге 6., Иновал 6.6.
(едь.), 1977. Оупаппс Аьреся о1 Сей БшГасе Огквпяа1юп, Нагй-Нойапд. (Содержит статьи, оосвяшенные динамике мембран, иммунологии клеточной поверхности, а также изменениям белков клеточной поверхности в проиессах раста и злокачественного перерохтдення.) Тап/отд С., 1980. ТЬе НудторЬоЬк Ейк1 ! Гоппагюп о1 Мкейез апд Вю!оиса( МешЬгапеь, 2пд ед., Вопросы и задачи ш(с!скору, Нынче, 257, 28-32. (Впервые полученное изображение мем. бранного белка.црн разрешении 7 А отчетлива видны трансмембранно расположенные спирали.) (lнктп Р.Н. Т., Непдетьае Я., 1975. Мо1еси1аг ь!гисшге детеппша!юп Ьу е1есггоп пнсгоьсору оГ ипяа(пед стих!вайс зресипепь, 1.
Мо). Вю1., 94, 425-440. (Описание обшего подкода для экспериментального определения структуры мембранных белков, обраэуюших высокоупорядоченные двумерные структуры.) Мпнбрава эрптропита Бтес8 Т.Г... 1974. ТЬе огйапяадоп о1 ргогетпь ш 1Ье Ьиптап гед Ыоод сей шешЬгапе, 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
