Часть 3 (1129751), страница 46
Текст из файла (страница 46)
У архей липиды обычно содержат пренильные цепи длиной 20–25 углеводородных атомов, а не жирные кислоты. Пренильные и жирнокислотныецепи одинаково гидрофобны и гибки (см. рис. 10.20, е). Таким образом, липидныебислои могут быть составлены из молекул, обладающих сходными свойствами,но разной химической природой. Плазматические мембраны большинства эукариотических клеток более разнообразны, чем мембраны прокариот и архей. ОниРис. 10.12. Влияние двойных цис-связей на углеводородные цепи. Двойные связи мешают плотной упаковке цепей, что делает липидный бислойболее устойчивым к замораживанию.
Более того,поскольку углеводородные цепи ненасыщенныхлипидов расставлены сильнее, содержащие ихлипидные бислои тоньше, чем бислои, образованные исключительно из насыщенных жиров.Глава 10. Структура мембраны 1081Таблица 10.1. Примерный липидный состав различных клеточных мембранЛипидХолестеринФосфатидлэтаноламинФосфатидилсеринПлазматическаямембранаклетокпечени17Процент от всех липидов по массеПлазмаМиелинМитоЭндоплазтическаяхондрияматичемембрана(внутренняя ский ретикрасныхи внешняякулумклетокмембраны)крови23223671815281747925БактерияE. coli070СледовыеколичестваФосфатидилхолинСфингомиелинГликолипиды24171044001971838280Следовыеколичества5Следовыеколичества00Другие липиды22148232730не только содержат большое количество холестерина, но и состоят из смеси различных фосфолипидов.Масс-спектрометрический анализ мембранных липидов показал, что липидныйсостав типичной клеточной мембраны значительно сложнее, чем предполагали.
Согласно этим исследованиям, мембраны состоят из 500–1 000 различных видов липидов.С одной стороны, такое разнообразие отражает различные комбинации головных групп,длины углеводородных «хвостов» и насыщенности основных классов липидов, но мембраны также содержат множество структурно очень непохожих минорных липидов,из которых по крайней мере часть выполняет очень важные функции. Инозитольныефосфолипиды, например, содержатся в очень малых количествах, но играют ключевуюроль в мембранном транспорте и сигнализации клеток (эти процессы обсуждаютсяв главах 13 и 15 соответственно). Их локальные синтез и распад регулируются большимчислом ферментов, которые как синтезируют маленькие внутриклеточные сигнальныемолекулы, так и образуют липидные сайты докинга на мембранах, которые, как мыобсудим позже, связывают определенные белки цитозоля.10.1.5. Несмотря на текучесть, липидные бислои способны образовывать домены разного составаПоскольку липидный бислой представляет собой двумерную жидкость, можнопредположить, что большинство типов молекул липидов распределены равномернов монослое.
Ван-дер-ваальсовы силы притяжения между соседними углеводородными «хвостами» недостаточно селективны для того, чтобы удерживать фосфолипидные молекулы вместе. Однако в определенных смесях липидов различные липидымогут временно сближаться, создавая динамическую мозаику доменов. В искусственных липидных бислоях, составленных из фосфатидилхолина, сфингомиелина1082Часть IV. Внутренняя организация клеткиРис. 10.13. Латеральное разделение фаз в искусственных липидных бислоях. (а) Гигантские липосомы,получаемые из 1:1 смеси фосфатидилхолина и сфингомиелина, образуют равномерные бислои, тогда как(б) липосомы, получаемые из 1:1:1 смеси фосфатидилхолина, сфингомиелина и холестерина, образуютбислои с двумя несмешивающимися фазами.
Липосомы окрашены следовыми количествами флуоресцентного красителя, который проникает только в одну из фаз. Средний размер доменов, образующихсяв таких гигантских искусственных липосомах, значительно больше, чем в биологических мембранах, гдерафты могут иметь всего несколько нанометров в диаметре. (а, из N. Kahya et al., J.
Struct. Biol. 147: 77–89,2004. С любезного разрешения Elsevier; б, с любезного разрешения Petra Schwille.)и холестерина, ван-дер-ваальсовы взаимодействия между длинными насыщеннымиуглеводородными цепями молекул сфингомиелина могут быть достаточно сильными,чтобы соседние молекулы временно удерживались вместе (рис. 10.13).Ученые долго спорили, могут ли молекулы липидов в плазматических мембранах животных клеток временно образовывать специализированные домены, носящиеназвание липидных рафтов (англ. raft – плот).
Определенные специализированныеобласти плазматической мембраны, например кавеолы, участвующие в эндоцитозе(см. главу 13), обогащены сфинголипидами и холестерином. Считается, что специфические белки, собирающиеся в кавеолах, помогают стабилизировать эти рафты.Поскольку углеводородные цепи сфинголипидов длиннее и прямее, чем у другихмембранных липидов, рафты толще, чем остальной бислой (см.
рис. 10.12), и лучшеудерживают определенные мембранные белки (рис. 10.14). Таким образом, латеральное разделение белков и липидов в рафтах, в принципе, должно быть взаимностабилизирующим процессом. Липидные рафты могут способствовать организациимембранных белков, либо концентрируя их для транспорта в мембранных везикулах(см. главу 13), либо работая совместно в скоплениях белков, как бывает, например,когда они переводят внеклеточный сигнал во внутриклеточный (см.
главу 15).10.1.6. Жировые капли окружены монослоем фосфатидилхолинаБольшинство клеток запасают избыток липидов в жировых каплях, откудаих можно извлечь для использования в качестве строительных блоков при синтеземембран или в качестве источника пищи. Жировые клетки, которые также иногданазывают адипоцитами, специализируются на запасании жиров (см. рис. 14.34).Они содержат большое число крупных жировых капель, из которых по необходимости можно освободить жирные кислоты и транспортировать их по кровяномуГлава 10. Структура мембраны 1083Рис. 10.14. Влияние липидных рафтов на искусственные липидные бислои. (а) Полученный при помощиатомно-силовой микроскопии профиль поверхности искусственного бислоя, содержащего липидныерафты.
Обратите внимание, что области рафтов, показанные оранжевым, толще, чем остальной бислой; как и на рисунке 10.13, рафты содержат в основном сфингомиелин и холестерин. Острые желтыепики — это молекулы белков, связанные с бислоем гликозилфосфатидилинозитольным (GPI) «якорем»(показанным на рисунке 10.19, пример 6) и концентрирующиеся в области рафтов. (б) Считается, что благодаря своей большей толщине и липидному составу рафты способны концентрировать определенныемембранные белки (темно-зеленые).
(а, из D. E. Saslowsky et al., J. Biol. Chem. 277: 26966–26970, 2002.С любезного разрешения American Society of Biochemistry and Molecular Biology.)руслу в другие клетки. В жировых каплях хранятся нейтральные жиры, напримертриацилглицериды и сложные эфиры холестерина, которые синтезируются ферментами из жирных кислот и холестерина в мембране эндоплазматического ретикулума. Поскольку эти липиды не несут гидрофильных «головок», они полностьюгидрофобны и формируют трехмерные капли, а не бислои.Жировые капли — это уникальные органеллы, потому что они окруженыединственным монослоем фосфолипидов, содержащим большое количество белков.Некоторые из этих белков представляют собой ферменты, участвующие в метаболизме жиров, но функции большинства неизвестны. Если клетку подвергнутьдействию высоких концентраций жирных кислот, жировые капли формируютсяочень быстро.
Они образуются из отдельных областей мембраны эндоплазматического ретикулума, где концентрируются многие ферменты метаболизма жиров.На рис. 10.15 показана одна из моделей формирования жировых капель и окружающего их монослоя фосфолипидов и белков.10.1.7. Асимметрия липидного бислоя необходима для его функционированияВо многих мембранах монослои липидного бислоя значительно различаютсяпо липидному составу.
Например, в мембране красной клетки крови человека почти все фосфолипидные молекулы, содержащие в своей «головке» холин(CH3)3N+CH2CH2OH (фосфатидилхолин и сфингомиелин), расположены во внешнем монослое, тогда как почти все липиды, содержащие в головке терминальнуюпростейшую аминогруппу (фосфатидилэтаноламин и фосфатидилсерин), сконцентрированы во внутреннем монослое (рис. 10.16). Поскольку отрицательно заряженный фосфатидилсерин расположен во внутреннем монослое, между двумяполовинами бислоя поддерживается значительная разница в заряде. В главе 12мы обсудим, как связанные с мембраной транслокаторы фосфолипидов создаюти поддерживают асимметрию липидного состава.1084Часть IV.
Внутренняя организация клеткиРис. 10.15. Модель образования липидных капель. Нейтральные липиды расположены между мембранами эндоплазматического ретикулума. Они образуют трехмерную каплю, которая отпочковываетсяот эндоплазматического ретикулума и становится отдельной органеллой, окруженной единственныммонослоем фосфолипидов и связанных с ними белков. (Адаптировано из S. Martin and R. G. Parton, Nat.Rev. Mol. Cell Biol. 7: 373–378, 2006. С любезного разрешения издательства Macmillan Publishers Ltd.)Липидная асимметрия функционально важна, особенно для трансформации внеклеточных сигналов во внутриклеточные (см. главу 15).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
