Часть 3 (1129751), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Многие цитоплазматическиебелки связываются с определенными «головками» липидов в цитоплазматическоммонослое липидного бислоя. Фермент протеинкиназа C (Protein Kinase C, PKC),например, активируется в ответ на различные внеклеточные сигналы. Она связываетсяс цитоплазматической поверхностью плазматической мембраны, где сконцентрированотрицательно заряженный фосфатидилсерин, необходимый для ее активности.В других случаях липидные «головки» сначала должны быть модифицированы для создания в определенном месте и в определенное время сайтов связываниябелков.
Фосфатидилинозитол, например, является одним из минорных липидов,концентрирующихся в цитоплазматическом монослое клеточных мембран. Различные липидкиназы могут добавлять фосфатную группу в определенные положенияинозитольного кольца, создавая сайты связывания определенных цитоплазматических белков с мембраной. Одним из наиболее важных примеров таких липидкиназРис. 10.16.
Асимметричное распределение фосфолипидов и гликолипидов в липидном бислое красной клетки крови человека. Цвета «головок» фосфолипидов соответствуют рис. 10.3. Гликолипидыизображены с дополнительными шестиугольными полярными «головками» (голубые). Считают, чтохолестерин (не показан) распределен по монослоям примерно одинаково.Глава 10. Структура мембраны 1085является фосфоинозитид-3-киназа (Phosphoinositide-3-kinase, PI 3-киназа), котораяактивируется в ответ на внеклеточные сигналы и способствует миграции определенных внутриклеточных сигнальных белков к цитоплазматической поверхностиплазматической мембраны (рис. 10.17, а). Сходные липидкиназы фосфорилируютинозитольные фосфолипиды во внутриклеточных мембранах и таким образом способствуют миграции белков, управляющих мембранным транспортом.Существует еще один способ трансформации внеклеточного сигнала во внутриклеточный с участием фосфолипидов.
Плазматическая мембрана содержитразличные фосфолипазы, которые активируются внеклеточными сигналами и расщепляют определенные фосфолипидные молекулы, создавая фрагменты этихмолекул, действующие в качестве короткоживущих внутриклеточных медиаторов.Фосфолипаза C, например, расщепляет инозитольный фосфолипид в цитоплазматическом монослое плазматической мембраны с образованием двух фрагментов,один из которых остается в мембране и способствует активации протеинкиназы C,а другой выходит в цитозоль и вызывает высвобождение Ca2+ из эндоплазматического ретикулума (рис. 10.17, б и в).Животные используют фосфолипидную асимметрию плазматических мембрандля того, чтобы отличать живые клетки от мертвых.
Когда животная клетка претерпевает апоптоз (вид запрограммированной клеточной смерти, обсуждаемыйв главе 18), фосфатидилсерин, который обычно содержится в цитоплазматическоммонослое липидного бислоя плазматической мембраны, быстро переходит во внешний монослой. Фосфатидилсерин на внешней поверхности клетки сигнализируетсоседним клеткам, например макрофагам, что эту клетку нужно фагоцитироватьи переварить. Считается, что транслокация фосфатидилсерина в апоптозных клеткахпротекает по двум механизмам:1. Транслокатор фосфолипидов, который в норме транспортирует этот липидиз нецитоплазматического монослоя в цитоплазматический, инактивируется.2.
Активируется фермент скрамблаза (англ. scramblase), которая неспецифически переносит фосфолипиды в обоих направлениях из одного монослоя в другой.10.1.8. Гликолипиды расположены на поверхности всех плазматических мембранСодержащие сахара молекулы липидов — гликолипиды — в большом количестве имеются в нецитоплазматическом монослое липидного бислоя, и их распределение в мембране крайне асимметрично.
В животных клетках они синтезируютсяиз сфингозина, как и сфингомиелин. Эти интересные молекулы стремятся связатьсядруг с другом частично посредством водородных связей между их сахарами, частично за счет ван-дер-ваальсовых взаимодействий между их длинными и прямымиуглеводородными цепями. Гликолипиды часто образуют липидные рафты. Причиной асимметричного распределения гликолипидов в бислое является добавлениеуглеводных групп к липидным молекулам в люмене аппарата Гольджи. Такимобразом, компартмент, в котором они синтезируются, топологически эквивалентен внешнему окружению клетки (см.
главу 12). После доставки гликолипидовв плазматическую мембрану их углеводные группы располагаются на поверхностиклетки (см. рис. 10.16), где они играют важную роль во взаимодействии клеткис ее окружением.По-видимому, гликолипиды содержатся во всех плазматических мембранахживотных клеток, где они составляют примерно 5 % всех липидных молекул внеш-Рис. 10.17. Две сигнальные функцииинозитольных фосфолипидов в цитоплазматическом монослое плазматической мембраны. (а) Некоторые внеклеточные сигналы активируют PI 3-киназу,которая фосфорилирует инозитольныефосфолипиды, создавая сайты докингадля различных внутриклеточных сигнальных белков.
(б) Некоторые внеклеточные сигналы активируют фосфолипазы, которые расщепляют инозитольныефосфолипиды с образованием двухфрагментов, способствующих передачесигнала в клетку (см. также рис. 15.38).(в) Сайты расщепления фосфолипидовразличными классами фосфолипаз. Показана структура фосфатидилинозитол4,5-дифосфата. Фосфолипаза C действует в сигнальном пути, представленномна (б).1086Часть IV. Внутренняя организация клеткиГлава 10. Структура мембраны 1087него монослоя. Они также встречаются в некоторых внутриклеточных мембранах.Наиболее сложные гликолипиды, ганглиозиды, содержат олигосахариды с однимили несколькими остатками сиаловой кислоты, за счет которой ганглиозиды приобретают отрицательный суммарный заряд (рис. 10.18). Больше всего ганглиозидов,которых на данный момент идентифицировано более 40 различных видов, содержится в плазматических мембранах нервных клеток, где они составляют 5–10 % всеймассы липидов; они также встречаются, но в значительно меньших количествах,и в других типах клеток.На функции гликолипидов указывает их расположение.
В плазматическоймембране эпителиальных клеток, например, гликолипиды содержатся только на выставленной наружу апикальной поверхности, где они, по-видимому, помогаютзащищать мембрану от часто наблюдаемых там неблагоприятных условий (такихкак низкий pH и высокие концентрации деструктивных ферментов). Заряженныегликолипиды, например ганглиозиды, могут быть важны за счет их электрическихсвойств: их присутствие изменяет электрическое поле мембраны и концентрацииРис. 10.18. Молекулы гликолипидов. (а) Галактоцереброзид называют нейтральным гликолипидом,потому что сахар, формирующий его «головку», не заряжен. (б) Ганглиозид всегда содержит один или несколько отрицательно заряженных остатков сиаловой кислоты (также называемой N-ацетилнейраминовойкислотой, англ.
N-acetylneuraminic acid, NANA), структура которой изображена на (в). Тогда как у бактерийи растений почти все гликолипиды синтезируются из глицерина, как и большинство фосфолипидов, в животных клетках почти все гликолипиды в своей основе имеют сфингозин, как и сфингомиелин (см. рис. 10.3).Gal — галактоза, Glc — глюкоза, GalNAc — N-ацетилгалактозамин; эти три сахара не заряжены.1088Часть IV.
Внутренняя организация клеткиионов, особенно Ca2+, вблизи ее поверхности. Также предполагают, что гликолипиды участвуют в процессе клеточного узнавания, когда прикрепленные к мембранесвязывающие углеводы белки (лектины) связываются с углеводными группами какгликолипидов, так и гликопротеинов при адгезии клеток (см. главу 19). Однако,как ни удивительно, в мутантных мышах, лишенных всех сложных ганглиозидов,не наблюдают очевидных патологий, хотя самцы не способны нормально транспортировать тестостерон в яички и поэтому стерильны.Вне зависимости от их нормальной функции, некоторые гликолипиды позволяют определенным бактериальным токсинам проникнуть в клетку. ГанглиозидGM1 (см. рис. 10.18), например, действует на поверхности клетки как рецепторбактериального токсина, вызывающего истощающую диарею при холере.
Холерныйтоксин связывается с теми клетками (и проникает только в них), которые несутна своей поверхности GM1, например с эпителиальными клетками желудочнокишечного тракта. Его вход в клетку приводит к продолжительному увеличениюконцентрации внутриклеточного циклического AMP (см. главу 15), что, в своюочередь, вызывает выброс Na+ и воды в кишечник.ЗаключениеБиологические мембраны состоят из непрерывного двойного слоя липидных молекул, в который встроены белки.
Этот липидный бислой обладаеттекучестью, отдельные липидные молекулы способны быстро диффундироватьв пределах своего монослоя. Мембранные липидные молекулы амфифильны.При помещении в воду они самопроизвольно собираются в бислои, которыеформируют замкнутые компартменты.Клетки содержат 500–1 000 различных видов липидов. Существуют триосновных класса мембранных липидов: фосфолипиды, холестерин и гликолипиды. Насчитываются сотни более маленьких классов. Липидный составвнутреннего и внешнего монослоев различается, отражая различные функциидвух поверхностей клеточной мембраны. Различные смеси липидов обнаруженыв мембранах клеток различного типа, так же как и в различных мембранахотдельной эукариотической клетки. Инозитольные фосфолипиды — минорныйкласс фосфолипидов.
Они располагаются в цитоплазматическом монослое липидного бислоя плазматической мембраны и играют важную роль в клеточнойсигнализации. Во-первых, в ответ на внеклеточные сигналы специфическиелипидкиназы фосфорилируют «головки» этих липидов, создавая сайты докингацитоплазматических сигнальных белков. Во-вторых, специфические фосфолипазы расщепляют определенные инозитольные фосфолипиды с образованиемменьших сигнальных молекул.10.2. Мембранные белкиНесмотря на то что липидный бислой служит структурной основой биологических мембран, мембранные белки выполняют большинство специфическихфункций мембран и, таким образом, придают каждому типу клеточной мембраныего специфические функциональные свойства.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
