Биологический каталог




Пептидная саморегуляция живых систем (факты и гипотезы)

Автор Л.К.Шатаева, В.Х.Хавинсон, И.Ю.Ряднова

щихся фосфолипидов и схема формирования бислойной липидной мембраны с встроенной в нее полипептидной цепью (Deenen, 1981; Кагава, 1985).

В настоящее время в фосфолипидах из разных источников обнаружено более 40 вариантов полярных групп и порядка 200 вариантов сочетания гидрофобных цепей. В сформированных бислоях насыщенные углеводородные цепи находятся, как правило, в зигзагообразной конформации и параллельны друг другу. Ось первой ацильной цепи совпадает с осью глицеринового остатка; вторая ацильная цепь после изгиба на участке —СО—СН2— выстраивается параллельно первой цепи.

Полярные группы фосфолипидов, экспонированные в водное окружение, ориентированы в зависимости от знака заряда этих групп: отрицательно заряженные группы фосфатидилсерина направлены перпендикулярно к плоскости бислоя, положительно заряженные группы фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина ориентированы параллельно поверхности липидного бислоя (Браун, Уолкен, 1982).

Фосфатидилхолин (лецитин) содержится в больших количествах в клетках высших организмов (30—60 % от общей суммы фосфолипидов), тогда как его содержание в мембранах бактерий не превышает 6%.

Исследования как природных, так и синтетических фосфолипидов показали, что константы ионизации ионогенных групп, составляющих полярную головку, располагаются в широком диапазоне от рКа = 2.72 (фосфатная группа) до рКа = 11.6 (холин) (Биологические мембраны, 1990; То-moaia-Cotisel, 1999). Холин является одним из самых сильных органических оснований, уступая по силе только боковой группе аргинина, так что полярная головка фосфатидилхолина (ФХ) имеет цвиттерионную структуру в широком диапазоне рН. Наоборот, фосфатидилсерин (ФС) несет две постоянно ионизированные кислотные группы. Таким образом, на обеих поверхностях липидной бислойной мемб-

108

о^о

2^ч2сн н,'сГ ч,о

0=

Группа (r):

-0-CH2-CH2-Ns(CH3)3 Фосфатидилхолин (лецитин) •

-0-CH2-CH2-NH2

-O-CH.-Ctt

-NH,

"соон

ОН ОН

-оЛун yi

н он

-О-СН2-СН-СН20Н

он

Фосфатидилэтаноламин Фосфатидилсерин

Фосфатидилинозит Фосфатидилглицерин

О II

О

H3C-.(CH2)I2-CH=CH-CH-CH-CH2-0-P-0-CH2-CH2-N =(СН3)3 ОН NH О'

СО-(СН2)7-НС=СН- (СН2)7- сн3 Сфингомиелин

?

НО

Б

Холестерин

.шшж

h,n +

' 'vQla eiesfhh

¦"ГГьТб""

viotillisy

"G"iarr"l

HOOC

KVDPS

Рис. 9. Основные фосфолипиды, входящие в бислойные структуры плазматических мембран (/4), и схема бислойной структуры липидов в мембране эритроцита (Б) с встроенной аминокислотной последовательностью участка цепи гликофорина (Препаративная биохимия липидов, 1981; Ка-гава, 1985; Лишко, Шевченко, 1987).

раны располагаются полярные группы, амфолитные свойства которых сравнимы с амфолитными свойствами аминокислот и пептидов. При этом, хотя углеводные цепи фосфолипидов, расположенные между двумя амфолитными поверхностями липидного бислоя, имеют чисто гидрофобную природу, вся структура оказывается достаточно проницаемой для молекул воды. Как искусственные, так и природные бислойные мембраны имеют проницаемость для воды порядка 2 мл/(см2с) (Кагава, 1985).

Ранее предполагалось, что свойства биологических мембран во многом определяются структурой именно липидного бислоя, так что общая замкнутая граница живой клетки подобна мыльному пузырю. За последние 20 лет в результате детального исследования строения и подвижности компонентов, входящих в состав биологических мембран, произошли существенные изменения в представлениях о структуре и функциях клеточной мембраны. Функциональное значение липидного бислоя оказалось значительно шире, чем значение гидрофобной перегородки между внутренним пространством клетки и внешней средой.

Динамическая структура липидного бислоя наиболее полно изучена на примере искусственных бислойных везикул. Эти исследования показали, что молекула фосфолипида как целое может вращаться вокруг своей продольной оси и имеет достаточно высокую подвижность в слое с коэффициентами латеральной диффузии Ю-7—Ю-9 см2/с. Полярные головки образуют на поверхности короткоживу-щие (Ю-6—Ю-7 с) кластеры из 20—30 молекул, в результате чего могут возникать временные дефекты в структуре бислоя. Диффузия молекул воды через липидный бислой возможна при их попадании в эти свободные объемы между гидрофобными хвостами липидов. Молекулы фосфолипидов, находясь в бислое, могут осуществлять перескок из одного слоя в другой (флип-флоп). Однако в искусственных бислойных мембранах это происходит сравнительно редко из-за энергетической невыгодности переноса полярной головки через гидрофобный слой (Deenen, 1981). Только селективное взаимодействие с интегральными белками природных мембран может обеспечить быстрый переход фосфолипида из одного слоя в другой. Например, из печени быка был выделен белок, селективно взаимодействующий с ФХ и транспортирующий его с внешней стороны мембраны на внутреннюю, из искусственных везикул в плазматическую мембрану. После гидролиза этого комплекса был

по

выделен фрагмент пептида, селективно взаимодействующий с фосфолипидом (Etemadi, 1980):

-G-S-K-V-F-M-Y-Y-P-

Предполагается, что гидрофобный блок (подчеркнутый) может быть участком, способным связываться с гидрофобной цепью фосфолипида. Обратим внимание на то, что из этих 6 аминокислотных остатков 4 имеют ароматическую боковую группу.

Распределение фосфолипидов разного вида между внешним и внутренним слоем подчинено определенным закономерностям, характерным для каждой ткани. В частности, ФС уникален потому, что он всегда находится на внутренней поверхности мембраны эритроцита. При добавлении экзогенного меченого ФС к эритроцитам он немедленно переносится на внутреннюю поверхность мембраны, так как мембранные белки поддерживают асимметричное распределение зарядов на двух поверхностях плазматической мембраны. Если же эндогенный ФС появляется на внешней поверхности из-за локального разрушения мембраны, то эритроцит оказывается непригодным для гомеостаза и удаляется из кровотока ретикуло-эндотелиальной системой (Connor, Schroit, 1988).

Липидный состав цитоплазматических мембран имеет определенную тканеспецифичность. В табл. 10 представлены вариации фосфолипидных составов цитоплазматических мембран некоторых клеток. В то же время видовые различия фосфолипидного состава значительно меньше тканевых различий (McMurray, 1973).

Более 60 лет назад Дж. Бернал (1969) предлагал рассматривать отдельные внутриклеточные структуры как жидкие кристаллы. Наиболее очевидный пример глубокой аналогии между жидкими кристаллами и биологической структурой — липидный бислой плазматической мембраны (Браун, Уолкен, 1982).

Фазовое состояние фосфолипидов зависит от температуры: при нагревании наблюдается эндотермический фазовый переход из гелеобразного в жидкокристаллическое состояние. По-видимому, фосфолипиды, имея ограниченное число молекулярных коиформации, самоорганизуются в бислойные мембраны и восполняют разнообразие конформационных состояний за счет фазовых переходов в жидкокристаллических структурах. Эти переходы связаны с возрастанием кон-

111

Таблица 1

страница 31
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65

Скачать книгу "Пептидная саморегуляция живых систем (факты и гипотезы)" (1.73Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(24.10.2019)