Э. Рис, М. Стернберг - Введение в молекулярную биологию от клеток к атомам (1160049), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Николсоном и Сингером. Всоответствии с этой моделью, которая получила внастоящее время всеобщее признание, белки можноуподобить айсбергам, плавающим в липидном море.Существуют два типа мембранных белков: интегральныеи периферические.Интегральные белки пронизывают мембрану насквозь. Как и липиды, это амфипатические молекулы.У них есть центральное гидрофобное ядро, взаимодействующее с жирнокислотными цепями, и гидрофильные концы, контактирующие с клеточным содержимым и с окружением.
Часто эти белки имеютуглеводные цепи, присоединенные к той части молекулы, которая выступает во внеклеточную среду. Интегральные белки встраиваются в мембраны эндоплазматического ретикулума в процессе биосинтеза.По мере их перемещения от места синтеза к аппаратуГольджи и затем к плазматической мембране они могут гликозилироваться, превращаясь, таким образом,в гликопротеины (гл. 3).Конформация интегральных белков определяетсянеобходимостью выполнения условия, чтобы участкиполипептидной цепи, проходящие через неполярныеобласти липидной мембраны, содержали в основномтолько те полярные или заряженные группы, которыевзаимодействуют с группами противоположной полярности (как в случае водородной связи).
Следовательно, большинство боковых цепей расположенныхздесь аминокислотных остатков должны быть гидрофобными. Исключением из данного правила можетслужить образование гидрофильного мембранногоканала для прохождения ионов. Далее, полярныегруппы основной цепи (>NH и >СО) могут формировать внутрицепочечные водородные связи. В результате соответствующие участки полипептидной цепичасто образуют ос-спирали. Цепь бактериородопсинасемь раз пересекает мембрану, при этом каждый разобразуется одна ос-спираль; эти ос-спирали соединяются последовательно короткими отрезками полипептидной цепи.
Гликофорин фиксируется в мембране с помощью единственной ос-спирали. Частьмолекулы белка, выступающая с наружной сторонымембраны, бывает связана с углеводным «хвостом».Периферическиебелкинепронизываютмембрану и связаны с ней менее прочно. Связываниеосуществляется либо за счет гидрофобныхвзаимодействий с «хвостами» липидных молекул,либо благодаря электростатическому взаимодействиюс их «головками», либо и тем, и другим путем. Посвоей структуре периферические белки напоминаютводорастворимые гло-булярные белки (гл. 10). Они могут быть связаны слюбой поверхностью мембраны и часто удаляются спомощью слабых растворов детергентов или даже солевых растворов, как в случае цитохрома с — периферического белка, связанного с наружной поверхностью внутренней митохондральной мембраны.Текучесть мембраны можно охарактеризоватьскоростью латерального продольного движениялипид-ных и белковых молекул.
Эта скоростьопределяется жидкостными свойствами бислоя ифакторами, ограничивающими подвижность, такими,как удерживание мембранных белков цитоплазматическимиэлементами.Скоростьперемещения крупной молекулы в жидкой средезависит от ее размеров и температуры среды. Этаскорость определяется коэффициентом диффузии Дкоторый имеет размерность см2 • с - 1 . Как правило, укрупного белка (мол. масса 105) в воде при 30 °С Dсоставляет порядка 5 • 10-7 см2 • с - 1 .
Измерениякоэффициента диффузии мембранных белков с использованием метода флуоресцентной метки дали величину D ~ 10- 9 —10- 1 1 см2 • с - 1 . Таким образом, можносделать вывод, что мембранные белки диффундируютв липидном бислое с такой скоростью, как если быони находились в среде, имеющей вязкость жидкогомасла.Подвижность липидов в зависит от относительногосодержания и типа присутствующих ненасыщенныхжирных кислот. Углеводородная природа жирнокислотных цепей сообщает мембране свойства, характерные для масел, причем степень близости мембраны кмаслам, или ее текучесть при данной температуре, зависит от того, насколько плотно упакованы цепи. Вприсутствии цис-ненасыщеннных жирных кислот силысцепления между цепями слабее, чем в случае однихнасыщенных жирных кислот, и липиды сохраняютвысокую подвижность при низкой температуре.Когда силы сцепления становятся максимальными,образуется кристаллическая фаза.
Если создать такиеусловия, чтобы эти силы были ослаблены и в то жевремя сохранялась упорядоченная структура, мембрана будет находится в жидкокристаллическом состоя-нии. Переход между этими двумя состояниями в мембранах большинства клеток осуществляется в температурном интервале от 15 до 40 °С в зависимости отлипидного состава.Граничными называются липиды, которые находятся так близко к белковым молекулам, что их подвижность становится меньше, чем у основной массылипидов. Фактически они как бы «привязаны» к поверхности белковой молекулы, и влияние на подвижность может распространяться на расстоянии до двухили трех диаметров липидной молекулы от белка.Асимметрия — это свойство, присущее всем природным мембранам.
Липидные молекулы, различающиесяв основном своими головными группами, распределены между двумя слоями бислоя асимметрично.Почему в мембранах клеток разных тканей распределение липидов столь различно — неизвестно. Однако липиды, содержащие углеводы, — гликолипиды — всегдавстроены в наружную часть бислоя, так что их углеводная часть направлена во внеклеточную среду. На рис.34.1 приведено типичное распределение липидов длямембран животных клеток, хотя здесь и не представлены холестерол и минорные липиды.35.
Клеточная стенка бактерийБактерии можно разделить на два класса взависимости от их способности окрашиваться пометоду, разработанному датским бактериологомГрамом в 1884 г. В процессе отмывки, которая следуетза процедурой окрашивания, грамположительныебактерии удержива-ют фиолетовый краситель, а грамотрицательные теряют его. Только в 60-х годах Сэлтон и другие показали,что это явление обусловлено фундаментальными различиями в структуре клеточных стенок двух указанных классов бактерий. Морфологические исследова-ния, выполненные с помощью электронного микроскопа, показали, что грамположительные бактерииобладают однослойной электроноплотной нелипидной клеточной стенкой толщиной 20—80 нм, окружающей плазматическую мембрану толщиной 7,5 нм. Уграмотрицательных же бактерий клеточная стенка двуслойная.
Первый слой — очень тонкая (толщиной 1 нм)нелипидная мембрана — окружен вторым: липидноймембраной толщиной 7,5 нм. Исследования мембранграмположительных и грамотрицательных бактерий методом замораживания—скалывыния подтвердили, что у них имеется два и три слоя соответственно.Клеточная стенка — это жесткая структура,которая служит для поддержания формы клетки ипредотвращает ее лизис из-за осмотического шока.Приобработкебактерийгидролитическимферментом, таким, как лизоцим (гл.
14), клеточнаястенкаможет«раствориться».Вслучаеграмположительных бактерий после такой обработкиостаются клетки, чувствительные к осмотическомушоку, имеющие только плазматическую мембрану иназываемые протопластами. У грамотрицательныхбактерий вторая, наружная, мембрана сохраняется иобразующиеся клетки, называемые сферопластами,несколько менее чувствительны к осмотическомушоку. Материал клеточных стенок, который теряется вобоих случаях, известен как пептидогликан. Его такженазывают гликопептидом или мукопептидом.Пептидогликан — это сложный матрикс, содержащий полисахаридные цепи, связанные друг с другомпоперечными сшивками из коротких пептидных цепей. Когда гидролиз клеточной стенки бактерий любоготипа проводят до расщепления ее на мономерныесоставляющие, единственными образующимися моносахаридами являются N-ацетилглюкозамин (NAG) иN-ацетил мурамовая кислота (NAM). ОН-группы обоих моносахаридов, связанные с 'С-атомом, имеют (3конформацию.
Полисахарид пептидогликан — этоР( 1 -» 4)-цепь из чередующихся Сахаров NAG-NAM. Уграмположительных бактерий (например, у Bacillussubtilis) эти цепи образуют трехмерный волокнистыйматрикс, имеющий до 40 слоев, в то время как у грамотрицательных (например, у Е. coli) слой только один.Таким образом, толщина пептидогликанового матрикса может составлять от 1 до 80 нм. Полисахаридные цепи связаны друг с другом пептидными цепочками.Состав пептидных поперечных сшивок былустановлен с помощью кислотного гидролизаочищенного материала клеточных стенок.
Былиобнаружены как L-, так и D-аминокислоты.Реконструкция поперечных связей показала, что онисодержат два типа структур. Во-первых, этотетрапептидный элемент, который присоединен ккаждой молекуле сахара NAM, во-вторых, пептидныймостик,которыйсоединяетмеждусобойполисахаридныецепичерезпосредствотетрапептидных элементов.Тетрапептидные элементы различаются посвоему составу. Они присоединены к сахару NAMчерез СООН-группу атома 3С. Первой аминокислотойв пептиде всегда является L-аланин (положение 1).Следующим остатком может быть D-изоглутаминоваякислота (приставка «изо» означает, что в образованиипептидной связи участвует СООН-группа боковойцепи, а группа сс-СООН основной цепи остается свободной) или какой-нибудь минорный остаток (положение 2).
Третий остаток, как правило, содержит в боковой цепи аминогруппу. Обычно им является Lлизин, хотя это могут быть и L-диаминопимелино-вая(Dpm) или L-диаминомасляная (Dab) кислоты (рис.35.2). Последним остатком всегда является D-аланин(положение 4). Таким образом, тетрапептидпредставляет собой чередующуюся цепь из L- и Dаминокислот.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
