Часть 3 (1129751), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Некоторыеиз них представляют собой белки, формирующие поры и создающие заполненныеводой каналы для прохождения определенных маленьких гидрофильных молекулчерез липидный бислой внешней мембраны бактерий. К ним относятся хорошоизученные порины (пример 3 на рис. 10.26). Пориновый бочонок образуется1096Часть IV. Внутренняя организация клеткиРис. 10.24.
Преобразование одноцепочечного многопроходного белка в двухцепочечный. (а) Протеолитическое расщепление одной петли для создания двух фрагментов, которые удерживаются вместеи нормально функционируют. (б) Экспрессия этих же двух фрагментов двумя разными генами приводитк формированию такого же нормально функционирующего белка.из 16 антипараллельных β-тяжей, чего вполне достаточно для сворачивания в цилиндрическую структуру. Полярные боковые цепи аминокислот выстилают водныйканал изнутри, тогда как неполярные боковые цепи выступают с внешней поверхности бочонка и взаимодействуют с гидрофобной сердцевиной липидного бислоя.Петли полипептидной цепи часто выдаются в люмен канала, делая его более узкими, таким образом, позволяя только определенным растворенным веществам пройтичерез него.
Некоторые порины очень селективны: мальтопорин, например, позволяет пересечь внешнюю мембрану E. coli только мальтозе и ее олигомерам.Белок FepA является более сложным примером β-бочонкового транспортногобелка (пример 4 на рисунке 10.26). Он транспортирует ионы железа через внешнюю мембрану бактерий. Он состоит из 22 β-структур, а внутреннее пространствобочонка почти полностью заполнено крупным глобулярным доменом, который,как предполагается, претерпевает значительные конформационные перестройкидля переноса железа через мембрану.Глава 10.
Структура мембраны 1097Рис. 10.25. Этапы фолдинга многопроходного трансмембранного белка. Когда синтезированныетрансмембранные α-спирали проникают в липидный бислой, они оказываются в окружении липидныхмолекул. По мере сворачивания белка контакты между спиралями вытесняют некоторые из молекуллипидов, окружающих спирали.Не все β-бочонковые белки являются транспортными белками.
Некоторыеобразуют маленькие бочонки, заполненные боковыми цепями аминокислот, простирающимися к центру структуры. Эти белки служат рецепторами или ферментами (примеры 1 и 2 на рис. 10.26), а бочонок работает в качестве жесткого якоря,удерживающего белок в мембране и ориентирующего его цитоплазматические петли,образующие сайты связывания специфических внутриклеточных молекул.Рис. 10.26. β-бочонки, состоящие из разного числа β-структур. (1) Белок OmpA E.
coli служит рецепторомбактериального вируса. (2) Белок E. coli OMPLA представляет собой фермент (липазу), гидролизующуюлипидные молекулы. Аминокислоты, катализирующие ферментативную реакцию (показаны красным),выступают с внешней поверхности бочонка. (3) Порин из бактерии Rhodobacter capsulatus формируетво внешней мембране заполненную водой пору. Диаметр канала ограничен петлями (показаны голубым), выступающими в канал. (4) Белок E. coli FepA транспортирует ионы железа.
Внутренность каналазаполнена глобулярным белковым доменом (показан голубым), несущим сайт связывания железа (не показан). Предполагают, что этот домен для транспорта связанного железа изменяет свою конформацию,но точный молекулярный механизм этого процесса неизвестен.1098Часть IV. Внутренняя организация клеткиНесмотря на то что β-бочоночные белки обладают множеством функций, онисодержатся почти исключительно во внешних мембранах митохондрий, хлоропластови бактерий. Большинство многопроходных трансмембранных белков в эукариотических клетках и бактериальной плазматической мембране состоят из трансмембранныхα-спиралей.
Спирали могут скользить относительно друг друга, что позволяет белкуменять свою конформацию для открывания и закрывания ионных каналов, транспортарастворенных веществ или трансформации внеклеточного сигнала во внутриклеточный.В β-бочоночных белках, наоборот, водородные связи крепко удерживают β-структурывместе, делая конформационные изменения стенки бочонка маловероятными.10.2.6. Многие мембранные белки гликозилированыБольшинство трансмембранных белков животных клеток гликозилированы.Как и в случае гликолипидов, остатки сахаров добавляются к белкам в люмене ЭРи аппарата Гольджи (см. главы 12 и 13).
По этой причине олигосахаридные цепивсегда расположены на внешней стороне мембраны. Другое важное различие междубелками (или частями белков) на двух сторонах мембраны является следствием восстановительного окружения цитозоля. Это свойство снижает вероятность образованияцистеинами дисульфидных (S–S) связей между белками и внутри них на цитоплазматической стороне мембраны. Этисвязи образуются на внешней стороне,где они способствуют стабилизации нативной структуры полипептидной цепиили ее связыванию с другими полипептидными цепями (рис. 10.27).Поскольку большинство белковплазматической мембраны гликозилировано, углеводы покрывают поверхность эукариотических клеток. Этиуглеводы представляют собой олигосахаридные цепи, ковалентно связанныес мембранными белками (гликопротеинами) и липидами (гликолипидами).Также встречаются полисахаридныецепи встроенных в мембрану молекулпротеогликанов.
Протеогликаны, состоящие из длинных полисахаридныхцепей, ковалентно связанных с белкоРис. 10.27. Однопроходный мембранный белок. Обратите внимание на то, что полипептидная цепь проходит через бислой в виде правозакрученной α-спирали, а все олигосахаридныецепи и дисульфидные связи располагаютсяна внешней стороне мембраны. Сульфгидрильные группы в цитоплазматическом домене белка обычно не образуют дисульфидные связи,поскольку восстановительная среда цитозоляподдерживает эти группы в восстановленном(–SH) состоянии.Глава 10. Структура мембраны 1099вой сердцевиной, обычно расположены снаружи клетки как часть внеклеточногоматрикса (см.
главу 19). Но у некоторых протеогликанов белковая сердцевинараспространена за пределы липидного бислоя или соединена с бислоем гликозилфосфатидилинозитольным (GPI) якорем.Иногда для описания обогащенной углеводами области поверхности клеткииспользуют термины клеточная оболочка или гликокаликс.
Этот углеводный слойРис. 10.28. Углеводный слой на поверхности клетки. (а) На данной электронной микрофотографииповерхности лимфоцита, окрашенного рутением красным, хорошо виден толстый обогащенный углеводами слой, окружающий клетку. (б) Углеводный слой состоит из олигосахаридных боковых цепейгликолипидов, интегральных мембранных гликопротеинов и полисахаридных цепей интегральныхмембранных протеогликанов.
Более того, адсорбированные гликопротеины и адсорбированные протеогликаны (не показаны) также вносят вклад в углеводный слой многих клеток. Обратите вниманиена то, что все углеводы располагаются на нецитоплазматической стороне мембраны. (а, с любезногоразрешения Audrey M. Glauert и G. M. W. Cook.)1100Часть IV.
Внутренняя организация клеткиможно визуализировать при помощи различных красителей, например рутениякрасного (рис. 10.28, а), или за счет его сродства к углевод-связывающим белкамлектинам, которые можно пометить флуоресцентным красителем или видимым маркером. Несмотря на то что большинство углеводных групп связано с внутреннимимолекулами плазматической мембраны, углеводный слой также содержит гликолипиды и протеогликаны, которые секретированы во внеклеточное пространство,а затем адсорбированы на клеточную поверхность (рис. 10.28, б).
Многие из этихадсорбированных макромолекул являются компонентами внеклеточного матрикса,поэтому граница между плазматической мембраной и внеклеточным матриксомчасто бывает довольно расплывчатой. Одной из многих функций углеводного слояявляется защита клеток от механического и химического повреждения; он такжене позволяет клеткам сблизиться, препятствуя нежелательным белок-белковымвзаимодействиям.Олигосахаридные боковые цепи гликопротеинов и гликолипидов значительноразличаются по составу сахаров. Несмотря на то что они обычно содержат меньше 15-ти сахаров, они часто ветвятся, и сахара могут быть связаны между собойразличными ковалентными связями, в отличие от аминокислот в полипептиднойцепи, которые все соединяются между собой одинаковыми пептидными связями.Даже из трех сахаров можно получить сотни различных трисахаридов.
За счетразнообразия и расположения на поверхности клетки олигосахариды идеально подходят для процессов клеточного узнавания. Как мы обсудим в главе 19, связанныес плазматической мембраной лектины, распознающие определенные олигосахаридына расположенных на поверхности клетки гликолипидах и гликопротеинах, участвуют во множестве процессов временной адгезии клеток, включая взаимодействиесперматозоида с яйцеклеткой, образование тромбов, рециркуляцию лимфоцитови воспалительный ответ.10.2.7. Мембранные белки можно солюбилизировать и очиститьдетергентамиВ общем случае только агенты, нарушающие гидрофобные связи и разрушающие липидный бислой, способны солюбилизировать трансмембранные белки(и некоторые другие крепко связанные с мембраной белки).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
