Часть 3 (1129751), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Бактерии с одной мембраной(но более толстой клеточной стенкой), например стафилококки и стрептококки, после промывки остаютсясиними и поэтому называются грамположительными; их внутренняя мембрана аналогична внутренней(плазматической) мембране грамотрицательных бактерий.1144Часть IV. Внутренняя организация клеткиРис. 11.19.
Вспомогательные транспортные системы, связанные с транспортными АТPазами у бактерийс двойными мембранами. Растворенное вещество диффундирует через каналообразующие белки (порины) во внешней мембране и связывается с периплазматическим субстрат-связывающим белком,который претерпевает конформационные перестройки, позволяющие ему связаться с ABC-транспортеромв плазматической мембране. Затем ABC-транспортер связывает растворенное вещество и активно переносит его через плазматическую мембрану в реакции, сопряженной с гидролизом АТP. Пептидогликанопущен для наглядности; его пористая структура позволяет субстрат-связывающим белкам и водорастворимым веществам двигаться посредством простой диффузии.к одному лекарству, может привести к устойчивости к широкому спектру противораковых препаратов.
Некоторые исследования показали, что до 40 % раковыхсостояний человека развивают множественную устойчивость, создавая серьезныепрепятствия в борьбе против этого заболевания.Сходное и в равной степени губительное явление связано с простейшим Plasmodium falciparum, вызывающим малярию. Более 200 миллионов людей на планетезаражены этим паразитом, который до сих пор остается распространенной причинойсмерти, ежегодно убивая миллион человек. Развитие устойчивости к противомалярийному лекарству хлорохину затрудняет контроль малярии. У устойчивых P. falciparumпоявилось несколько копий гена, кодирующего ABC-транспортер хлорохина.Глава 11.
Мембранный транспорт малых молекул 1145В большинстве клеток позвоночных ABC-переносчик в мембране эндоплазматического ретикулума (ЭР) активно транспортирует разнообразные пептидыиз цитозоля в люмен ЭР. Эти пептиды являются продуктом деградации белковв протеосомах (см. главу 6). Они переносятся из ЭР к поверхности клетки, гдепроверяются цитотоксичными Т-лимфоцитами.
Если оказывается, что пептидыпринадлежат вирусам или другим микроорганизмам, скрывающимся в цитозолеинфицированной клетки, Т-лимфоциты убивают эту клетку (см. главу 25).Еще одним членов семейства ABC-транспортеров является белок трансмембранный регулятор муковисцидоза (Cystic Fibrosis Transmembrane ConductiveRegulator, CFTR), который открыли при изучении распространенного генетическогозаболевания муковисцидоза (кистозного фиброза). Это заболевание вызываетсямутацией гена, кодирующего CFTR, который функционирует в качестве Cl-каналав плазматической мембране эпителиальных клеток.
CFTR регулирует концентрацииионов во внеклеточной жидкости, особенно в легких. Один из 27 представителейеврапеоидной расы несет ген, кодирующий мутантную форму этого белка; у одногоиз 2 900 обе копии гена мутированы и, следовательно, развивается заболевание.В отличие от других ABC-транспортеров, в этом случае связывание и гидролиз АТPне служат движущей силой процесса транспорта. Вместо этого они контролируютоткрывание и закрывание Cl-канала, по которому пассивно движется Clпо электрохимическому градиенту.
Таким образом, ABC-белки могут функционировать и кактранспортеры, и как каналы.ЗаключениеТранспортеры связывают определенные растворенные вещества и переносят их через липидный бислой благодаря конформационным перестройкам,за счет которых сайт связывания вещества оказывается попеременно тона одной стороне мембраны, то на другой. Некоторые транспортеры простопереносят растворенное вещество по его электрохимическому градиенту, тогдакак другие способны работать в качестве насосов и переносить вещество против градиента, используя для этого энергию гидролиза АТP, градиент другоговещества (например, Na+ или H+) или свет для совершения последовательныхконформационных перестроек. Транспортеры составляют небольшое числобелковых семейств.
Каждое семейство содержит белки со сходной аминокислотной последовательностью, работающие по сходному механизму и которые,предположительно, эволюционировали от общего белка-предка. Семействотранспортных АТPаз P-типа, в которое входят Ca2+- и Na+/K+-насосы, является важным примером; каждая из этих АТPаз в течение рабочего цикла последовательно фосфорилирует и дефосфорилирует саму себя. СуперсемействоABC-транспортеров является самым большим семейством мембранных транспортных белков и имеет важное медицинское значение. Оно включает в себябелки, ответственные за муковисцидоз, а также лекарственную устойчивостьраковых клеток и вызывающих малярию паразитов.11.3. Ионные каналы и электрические свойства мембранВ отличие от белков-переносчиков, канальные белки образуют в мембранахгидрофильные поры. Представители одного из классов канальных белков, присутствующие в практически всех животных клетках, формируют щелевые контакты1146Часть IV.
Внутренняя организация клеткимежду соседними клетками; обе плазматические мембраны вносят равный вкладв образование канала, соединяющего цитоплазмы клеток. Эти каналы обсуждаютсяв главе 19, и здесь мы их рассматривать не будем. Щелевые контакты и порины,каналообразующие белки внешней мембраны бактерий, митохондрий и хлоропластов(cм. главу 10), обладают относительно широкими и доступными порами, что былобы смертельно для клетки, если бы они напрямую соединяли цитозоль с внеклеточным пространством.
В самом деле, многие бактериальные токсины именно такубивают другие клетки (см. главу 24).С другой стороны, большинство канальных белков плазматической мембраныживотных и растительных клеток, соединяющих цитозоль со внешней средой клетки,по необходимости обладают узкими, высокоселективными порами, которые могутбыстро открываться и закрываться. Поскольку эти белки специфически связаныс транспортом неорганических ионов, их называют ионными каналами.
Ионныеканалы более эффективно транспортируют молекулы, чем белки-переносчики.Через открытый канал за одну секунду может пройти 100 миллионов ионов — этов 105 раз больше, чем скорость самого быстрого из известных белков-переносчиков.Однако каналы не могут быть сопряжены с каким-либо источником энергии, чтонеобходимо для активного транспорта.
Поэтому они опосредуют только пассивный(по градиенту) транспорт. Таким образом, функция ионных каналов состоит в том,чтобы позволить неорганическим ионам — Na+, K+, Ca2+ или Cl — быстро диффундировать через липидный бислой по их электрохимическому градиенту. Как мыувидим, способность регулировать ионные потоки через эти каналы лежит в основемногих клеточных функций.
Нервные клетки (нейроны) особенно эффективно используют ионные каналы, и мы рассмотрим, какую роль различные каналы играютв получении, проведении и передаче сигналов.11.3.1. Ионные каналы ион-селективны и флуктуируют междуоткрытым и закрытым состояниямиИонные каналы обладают двумя важными свойствами, отличающими их от простых заполненных водой пор. Во-первых, они обладают ионной селективностью,пропуская одни ионы, но не позволяя проходить другим. Это указывает на то,что их поры должны быть местами достаточно узкими, чтобы проходящие ионывходили в плотный контакт со стенками канала. Это необходимо для того, чтобыканал пропускал только ионы подходящего размера и заряда. Чтобы пройти, частоодной цепочкой, самую узкую часть канала, так называемый селективный фильтр,ионы должны лишиться почти всех связанных с ними молекул воды (рис. 11.20);это ограничивает скорость их транспорта.
Таким образом, при увеличении концентрации ионов поток ионов через канал пропорционально увеличивается до тех пор,пока не достигает некоего максимального уровня (насыщения).Вторым важным отличием ионных каналов от простых заполненных водойпор является то, что ионные каналы открыты не всегда. У них есть так называемые«ворота», которые позволяют им открываться на короткий промежуток времении затем снова закрываться (рис. 11.21). Более того, при продолжительной (химической или электрической) стимуляции большинство каналов переходят в закрытое«невосприимчивое», или «инактивированное», состояние, в результате чего они перестают открываться до тех пор, пока стимул не прекращается, это мы обсудим позже.Основными типами стимулов, которые вызывают открывание ионных каналов,Глава 11. Мембранный транспорт малых молекул 1147Рис. 11.20. Типичный ионный канал, флуктуирующий между открытым и закрытым состояниями.Показанный здесь в поперечном срезе канальный белок образует в липидном бислое гидрофильнуюпору только в «открытой» конформации.
Предполагают, что стенки поры выстланы полярными группами, а боковые цепи гидрофобных аминокислот взаимодействуют с липидным бислоем (не показано).На одном из участков (в селективном фильтре) пора сужается до атомных размеров, что в значительнойстепени определяет селективность фильтра.являются изменение трансмембранной разности потенциалов (потенциал-зависимыеканалы), механическое давление (механо-чувствительные каналы) и связываниелиганда (лиганд-зависимые каналы). В качестве лиганда может выступать либовнеклеточный медиатор, а именно нейромедиатор (медиатор-зависимые каналы),либо внутриклеточный медиатор, например ион (ион-зависимые каналы) или нуклеотид (нуклеотид-зависимые каналы). Более того, активность многих каналоврегулируется фосфорилированием и дефосфорилированием белка; этот тип регуляции каналов и нуклеотид-зависимые каналы рассмотрены в главе 15.На данный момент описано более 100 типов ионных каналов, и до сих пор находят новые, каждый из которых характеризуется ионом, который он пропускает,механизмом регуляции и концентрацией и локализацией в клетке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
