зонанс (ЯМР)

62-63 , 68-72, 124, 212-214 Ядро 482

«Якорные» белки ПО, 111, 476-478, 481

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие к русскому изданию ........................................... 5

Предисловие .......................................................................... 7

Глава 1. Введение: структура и состав биологических мембран ..................................................................................... 9

1.1. Роль мембран и их разнообразие .................................. 9

1.2. Исторический очерк ....................................................... 15

1.3. Морфология мембран .................................................... 18

1.3.1. Дифракция рентгеновских лучей .............................. 18

1.3.2. Электронная микроскопия ....................................... 20

Дополнение 1.1................................................................ 22

1.4. Выделение мембран ....................................................... 23

1.4.1. Разрушение клеток ................................................. 24

1.4.2. Разделение мембран ............................................... 26

Дополнение 1.2................................................................ 30

1.4.3. Критерии чистоты мембранных фракций ................. 31

1.5. Состав мембран ............................................................ 33

1.5.1. Мембранные липиды .............................................. 35

1.5.2. Многообразные функции мембранных липидов ........ 44

1.5.3. Мембранные белки ................................................. 45

1.6. Резюме ......................................................................... 48

Глава 2. Структура и свойства мембраииых липидов 49

2.1. Жидкие кристаллы ........................................................ 49

2.2. Водно-липидные смеси ................................................... 54

Дополнение 2.1................................................................ 57

2.2.1. Гидратация липидов ............................................... 57

2.2.2. Фазовые диаграммы одиокомпонентных водно-липидных систем ..................................................................... 59

2.2.3. Два метода изучения липидного полиморфизма ....... 60

2.2.4. Ориентация полярных головок липидов в бислое ..... 63

616 Оглавление

2.2.5. Конфигурация и упаковка ацильных цепей в бислое 64

2.2.6. Методы исследования гидрофобной области бислоя 67

2.3. Термодинамика полиморфизма липидных структур ......... 72

2.3.1. Гидрофобные силы ................................................. 73

2.3.2. Образование мицелл ............................................... 75

2.3.3. Форма мицелл: почему образуется бислой? ............. 78

2.3.4. Форма липидных молекул ...................................... 83

2.4. Фазовые переходы в липидных системах ........................ 84

2.4.1. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) 85 Дополнение 2.2................................................................ 86

2.4.2. Липидные смеси ..................................................... 91

2.5. Модельные мембранные системы ................................... 96

2.5.1. Моиослои на границе раздела фаз воздух —вода ..... 97

2.5.2. Монослои на твердой подложке .............................. 101

2.5.3. Плоские бислойвые мембраны ................................ 101

2.5.4. Плоские бислойвые мембраны на твердой подложке 103

2.5.5. Липосомы .............................................................. 103

2.6. Резюме ......................................................................... 107

Глааа 3. Мембранные белки: характеристика и структурные

принципы ............................................................................ 109

3.1. Структура мембранных белков ...................................... 109

3.2. Очистка мемебранных белков ........................................ 111

3.2.1. Детергенты ............................................................ 111

3.3. Характеристика очищенвых интегральных мембранных белков ..................................................................................... 116

3.3.1. Молекулярная масса субъединиц (электрофорез в

ПААГ) ........................................................................... 117

3.3.2. Определение молекулярной массы нативного белка с помощью гидродинамических методов .............................. 118

3.3.3. Метод радиационной инактивации ........................... 121

3.3.4. Спектральные методы и вторичная структура ......... 122

3.3.5. Ферментативная активность .................................... 124

3.3.6. Четвертичная структура и химическое сшивание ...... 125

3.4. Изучение трехмерной структуры с помощью рентгеновской дифракции и реконструкции изображения .............................. 128

3.4.1. Кристаллизация мембранных белков ....................... 128

3.4.2. Реконструкция изображения и двумерные кристаллы 130 Дополнение 3.1 ................................................................ 131

3.5. Три примера структурных исследований мембранных белков ..................................................................................... 131

3.5.1. Структура фотосинтетических и реакционных центров

R. viridis и К. sphaeroides .................:.............................. 134

3.5.2. Структура бактериородопсина ................................. 139

3.5.3. Структура поринов................................................. 146

Оглавление

3.6. Принципы структурной организации мембранных белков и способы ее предсказания для трансмембраниых белков .........

3.6.1. Мембранные белки — это амфифильные соединения .

3.6.2. Ионизируемые аминокислотные остатки в трансмембранных сегментах ..........................................................

3.6.3. Заряженные аминокислоты в сегментах, экспонированных в водную среду ........................................................

3.6.4. Особая роль пролина? ............................................

3.6.5. Способы идентификации первичных амфифильных структур .........................................................................

3.6.6. Способы идентификации вторичных амфифильных структур .........................................................................

3.7. Пептиды — модели мембранных белков ..........................

3.7.1. Природные пептиды ...............................................

3.7.2. Модельные синтетические пептиды ..........................

3.8. Мембранные белки, ковалентно связанные с липидами ...

3.9. Мембранные белки, ковалентно связанные с углеводами .

3.10. Резюме .......................................................................

Глааа 4. Ассииетрия мембран ............................................

4.1. Введение .......................................................................

4.2. Топография мембранных белков ....................................

4.2.1. Методология ..........................................................

4.2.2. Примеры анализа топографии мембранных белков ..

4.3. Цитоскелет ...................................................................

4.3.1. Микрофиламенты ...................................................

4.3.2. Промежуточные филаменты ....................................

4.3.3. Микротрубочки ......................................................

4.3.4. Мембрана и цитоскелет эритроцитов........................

4.4. Трансмембранная асимметрия липидов ...........................

4.4.1. Методы установления трансмембранного распределения липидов ....................................................................

4.4.2. Примеры липидной асимметрии ..............................

4.4.3. Трансмембранная миграция липидов ........................

4.5. Латеральная гетерогенность мембран .............................

4.5.1. Макроскопические домены и барьеры в плазматической мембране ........................................................................

4.5.2. Тилакоидные мембраны ..........................................

4.5.3. Вирусы с оболочкой ...............................................

4.5.4. Липидные микродомены .........................................

4.6. Резюме .........................................................................

Глааа 5. Динамическое поаедеиие мембранных систем и липидно-белкоаые азаимодейстаия ....................................

5.1. Введение .......................................................................

618 Оглавление

5.1.1. Некоторые простые модели движения мембранных

компонентов ................................................................... 206

5.2. Текучесть мембран и применение мембранных зондов .... 210

5.2.1. Физиологическое значение текучести мембран .......... 211

5.2.2. Характер и скорости движений, измеряемых с помощью 2Н-ЯМР, ЭПР и флуоресцентных зондов ............. 212

5.2.3. Спиновые метки, использующиеся для измерения текучести мембран ................................................................. 214

5.2.4. Флуоресцентные зоиды, использующиеся для измерения текучести мембран .................................................... 215

Дополнение 5.1................................................................ 216

5.3. Вращение мембранных белков ....................................... 219

5.3.1. Примеры вращения белков ..................................... 221

Дополнение 5.2................................................................. 222

5.4. Латеральная диффузия липидов и белков в мембранах ... 222

5.4.1. Модели, описывающие латеральную диффузию ........ 224

5.4.2. Примеры латеральной диффузии компонентов мембран 226

5.5. Липидно-белковые взаимодействия ................................. 228

5.5.1. Связывание липидов с виутримембранными белками в бислое ............................................................................ 229

Дополнение 5.3................................................................ 232

5.5.2. Изменения в липидном бислое, связанные с присутствием интегральных мембранных белков ........................ 234

Дополнение 5.4................................................................ 236

5.5.3. Динамические свойства остова мембранных белков и их боковых цепей ................................................................ 239

5.5.4. Связывание периферических мембранных белков с липидным бислоем ............................................................. 240

5.6. Резюме ......................................................................... 242

Глава 6. Мембранная эизимология .................................... 243

6.1. Введение ....................................................................... 243

6.2. Некоторые специфические положения, имеющие отношение

к активности мембранных ферментов ................................... 246

6.3. Реконструкция мембранных ферментов ........................... 250

Дополнение 6.1................................................................ 251

6.3.1. Некоторые характеристики реконструированных белко-

во-фосфолипидных везикул (протеолипосом) ...................... 254

6.4. Влияние липидов на активности мембраносвязанных ферментов ................................................................................ 256

6.5. Некоторые примеры липидзависимых ферментов ............ 259

6.5.1. |8-Гидроксибутиратдегидрогеиаза (БДГ) .................... 259

6.5.2. Пируватоксидаза .................................................... 261

6.5.3. Са +-АТРаза ........................................................... 263

Оглавление 619

6.5.4. Na + /К + -АТРаза ..................................................... 265

6.5.5. Переносчик глюкозы .............................................. 267

6.6. Мембраносвязанные электроитранспортные цепи ............. 267

6.6.1. Системы синтеза стероидов в митохондриях ........... 269

6.6.2. Микросомиые электроитранспортные цепи ............... 271

6.6.3. Дыхательная система митохондрий ......................... 273

6.6.4. Фотосинтетическая электронтранспортная система тилакоидов ......................................................................... 275

6.7. Взаимодействия между мембранами и растворимыми фер-

277

ментами .............................................................................. *"

6.7.1. Растворимые ферменты, которые при необходимости могут связываться с мембраной ...................................... 277

Дополнение 6.2................................................................ 279

6.7.2. Растворимые ферменты или ферментные ансамбли, которые in vivo могут быть ассоциированы с мембраной .... 281

6.7.3. Факторы свертывания крови — внеклеточные ферменты, активируемые связыванием с мембраной ................... 282

6.7.4. Фосфолипазы — растворимые ферменты, катализирующие расщепление мембраносвязанных субстратов .............. 284

Дополнение 6.3................................................................ ^86

6.8. Резюме ......................................................................... 288

Глава 7. Взаимодействие иизкоиолекуляриых соединений с мембранами: простраистмииое разделение, проницаемость и электрические эсДОекты ...................................... 289

7.1. Введение ....................................................................... 289

7.1.1. Анализ адсорбции лигандов на бислое .................... 289

7.1.2. Классы лигандов, способных взаимодействовать с липидным бислоем ............................................................. 293

7.2. Проницаемость липидных бислойных мембран для неэлектролитов ............................................................................. 297

7.2.1. Приницаемость для воды ....................................... 304

7.3. Электрические свойства мембран ................................... 305

7.3.1. Работа, совершаемая при переносе иона внутрь бислой-

ной мембраны ................................................................ 308

7.3.2. Потенциал внутренних диполей ............................... 309

7.3.3. Поверхностный потенциал мембраны ...................... 311

Дополнение 7.1................................................................ 316

7.4. Трансмембраниый потенциал ......................................... 321

7.4.1. Измерение трансмембранного потенциала ................ 323

7.4.2. Концепция эиергизованной мембраны ...................... 325

7.5. Проницаемость липидных бислойных мембран для ионов 326

7.5.1. Проницаемость для протонов ......'........................... 327

7.5.2. Ионофоры .............................................................. 328

7.6. Резюме ......................................................................... 331

620 Оглавление

Глааа 8. Поры, каналы и переносчики .........................