руктурные изменения липидов могут вызвать «выбросы» двухвалентных катионов с мембранной поверхности. Например, при переходе гель —жидкий кристалл с липидной поверхности освобождаются ионы Са2+

Взаимодействие между двухвалентными катионами и отрицательно заряженными липидами имеет поэтому два основных аспекта: 1) Д 8 У х в а л eJjTJj Ь1 е к а т и о н ы _ при _ jtос т о я н н о и температуре могут вызывать^пегзезшджшШРГР кристалла в .гель; 2) обратный переход гель -^жидкий кристалл происходит при выбросе двухвалентных катионов, в частности ионов Ca2f с поверхности. I io-верхность липидов может рассматриваться как резервуар двухвалентных катионов, который способен активироваться структурными изменениями в липидной ламелле. Существует и обратная связь, когда структурные изменения липидов мембраны вызывают изменения ионного состава окружения мембраны. Таким образом, в присутствии одно- и двухвалентных катионов на поверхности липидов происходят довольно сложные ионообменные явления, сопровождающиеся серьезными изменениями при

86

фазовых переходах липидов, причем пластичность этой системы очень высока.

Для нормальной активности белков требуется жидкообраз-ное "состояние мембранных липидов. Жидкий липидный матрикс ¦служит растворителем для интегральных мембранных белков. Жидкостность липидов определяет как вращательную, так и диффузионную свободу этих белков и их способность подвергаться конформационным функциональным изменениям. Вращательная и латеральная диффузии белков являются простым следствием латерального движения мембранных липидов.

^^бимолекулярном слое ^имеются два пула липидов, подвергающихся существенно различным ~^корб?ТЯм" диффузий. "Один пул представлен липидами," находящимися' в коротко-радиусных взаимодействиях с белками и потому подвергающимися ограниченной латеральной диффузии. Такие коротко-радиусные взаимодействия могут быть очень специфичными и вовлекать в тесную ассоциацию только данный тип липидов с особыми белками. Именно потому для активации (;и реактивации) мембранных фер^\нтб№требуются* специфические липиды, которые вь1ступают_здесь в качестве аллостерических эффекторов. Такой пул лшпидов^оставляёт* 2(1%'лЪыло подсчитано", какое число фосфолйпйдных^ молекул может быть прикреплено к каждой белковой молекуле внутри бислоя. Так, белок, имеющий 80 А в диаметре и 50 А в длину, должен быть окружен минимально 56 молекулами фосфолипидов. Доказано, что можно изменять активность мембранных белков изменением связанных с ними липидов без регулирующей генетической модификации белка. Такие взаимодействия могут быть очень важны, так как они определяют мембранные характеристики, которые лежат в основе различных функциональных связей.

Другой пул липидов, удаленных от белков и подвергающихся быстрой латеральной диффузии, характерной для липидного бислоя непронизанного белком, ^составляет 80%. Эффект этих липидов, оказываемый на белки, аналогичен растворяющему эффекту воды на свойства растворимого белка. Поэтому изменения в липидной среде должны изменять свойства липид-раст-воримого белка таким же образом, как изменения в ионной силе и других свойствах водного раствора меняют активность водио-растйоримого белка.

Широкий спектр липидных молекул порождает огромное разнообразие специфических взаимодействий с мембранными белками. Мембранные белки избирательно требуют определенных липидных ш^ле^л,_включающих крк полярные головные группы, такаиГнепода цедоч&ич Специфическое взаимодействие между поверхностными белками и л ил идами будет зависеть от конформации белка, которая, в свою очередь, управляется генетически детерминированной последовательностью аминокислот.

87

Методами кругового дихроизма и флюоресценции доказана обратимость конформационных изменений белка, вызванных фазовыми переходами липидов. Поэтому функция белков может инп*6иг^^ активироваться жидкокристаллическим или

гёлеобразным состоянием липидов. Кроме взаимодействия между белками и липидами существуют еще взаимодействия как между различными белками, так и между определенными видами липидов. Поскольку мембраны являются мозаикой множества различных липидов и липидный состав отдельных участков мембраны существенно различается, то белки могут существовать в различных конформационных состояниях в зависимости от'локального состава липидов.

Разнообразие фазовш.,Л?р^одов липидов, их легкая гидра-тируемость и поляризуемость делают'их незаменимыми компонентами нейрональных .мембран, в которых изменения электрических и магнитных свойств ,пеждт в основе проведения возбуждения.

Следовательно, мембрана — это сложнейший и хорошо организованный макромолекулярный комплекс, которому присущ необычайный молекулярный динамизм. Быстрейшая функциональная связь (со скоростью 10~6—10~9с) между макромолекулами клеток мозга прекрасно демонстрирует этот динамизм. Изменения, возникающие в мельчайших локусах мембраны (10~3 М и ниже, до одной молекулы) при приложении минимальной энергии (до одного кванта в зрительной системе) посредством аллостерии, кооперативное™ и фазовых трансмодальных перестроек, ведут к громадному эффекту вдоль всей мембраны.

4.2. ОСОБЕННОСТИ ЛИПИДНОГО СОСТАВА ГОЛОВНОГО МОЗГА

Липидный состав мембран нервной системы не изучен, некоторое исключение составляют лишь миелиновые оболочки позвоночных. Однако, несмотря на неполноту сведений, именно химические различия состава этих мембран лежат в основе их специфического функционирования.

Липидный состав мозга уникален не только по высокой, концентрации общих липидов, но и по типам представленных липидов. Почти все липиды нормального мозга представлены тремя главными категориями: глицерофосфолипидами, сфинголипидами, холестерином. Последний я!вляется единственным сте-ролом нормального мозга взрослого, эфиры холестерина почти не найдены в нормальном мозгу. В головном мозгу практически отсутствуют триглицериды и свободные жирные кислоты, а тот небольшой процент их, который обнаруживается, привносится кровью и кровеносными сосудами. Сфинголипиды мозга

88

соде?жат вкачестве длинноцепочечного основания Cjs-сфинго-

зин, а также небольшие колМШъа

и насыщенные формы дигидросфингозина.

Нормальный мозг содержит только галактоцсреброзиды и галактосульфатиды, в то время как в ^других "органах присутствуют глюкоцереброзиды с очень малым количеством.хллшсхо-цсреброзидрв^ Галактолипиды мозга содержат большую пропорцию длинноцепочечных жирных кислот С22—С2е, которые очень редко встречаются в висцеральных органах. Кроме того, для га-лактолипидов мозга характерен большой процент а-гидракси-кислот:* 2/3_в,_цев(ебд,озидах и 1/3 в «сульфатидах. Ганглиозиды мозга уникальны не только из-за своёй^ШсбксТй концентрации, но и из-за разнообразия индивидуальных гаиглиозидов (в висцеральных органах преобладает GMz). Фо?4шлщЩ^ обычайно разнообразны, а плазмалогены представлены глав-ньГи образом фосфатидальэхадолдмдно.м и . в меньшей мере фосфатидальхолином и ^ос^атидальсердном^

Липидный состав "нормального взрослого мозга представлен в табл. 18, в которой даны с