Биологический каталог




Пептидная саморегуляция живых систем (факты и гипотезы)

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

0

Липидный состав плазматических мембран, % (по: Браун, Уолкен, 1982; Кагава, 1985)

Липидный Эритро- Миелин Палочки Гепато-

компонент циты сетчатки циты

Фосфатидилэтаноламин 20 14 38.5 20

Фосфатидилсерин 11 7 9.2 4

Фосфатидилхолин 23 И 44.5 43

Фосфатидилинозитол 2 0 0 7

Сфингомиелин 18 6 1.3 20

Холестерин 25 25 0 6

Цереброзид 0 21 6.5 —

формационной свободы углеводородных частей липидных молекул. Например, измерение температурной зависимости теплоемкости и энтальпии везикул ФХ обнаружило два фазовых перехода — при 34 и при 41 °С. При этом расстояние между цепями жирных кислот увеличивалось от 0.48 до 0.53 нм (Волькенштейн, 1981). В зависимости от компонентного состава липидного бислоя в нем могут сосуществовать несколько квазиравновесных жидкокристаллических фаз.

В физиологических условиях (выше температуры фазового перехода), фосфолипидный бислой имеет жидкокристаллическое состояние, т. е. обладает одновременно текучестью и упорядоченным расположением элементов. Результатом этой текучести и достаточно высокого поверхностного натяжения на границе с водой является самозамыкание бислоя. Фактически плазматические мембраны никогда не возникают заново: они вытекают и складываются из предшествующих мембран путем добавления дополнительных составных частей (Браун, Уолкен, 1982). Однако принципы самосборки фосфолипидных слоев плазматических мембран пока недостаточно выяснены, хотя процесс новообразования мембран эндоплазматического ретикулума de novo детально исследован методом электронной микроскопии (Бирюзова, 1993). Эти мембраны синтезируются методом репликации на внешней поверхности двойной мембраны клеточного ядра, которое на это время принимает форму боба. На его вогнутой поверхности происходит самосборка мембран, а когда ядро расправляется до сферической формы, они соскальзывают и распрямляют рельеф. Этот пример показы-

112

вает, что не только одномерные последовательности в полипептидных цепях и спиральных структурах ДНК могут быть матрицами для синтеза комплементарных им одномерных структур. Двумерная поверхность фосфолипидного бислоя также является матрицей для сборки комплементарного фосфолипидного слоя.

Текучесть бислоев зависит от ненасыщенности гидрофобных цепей и от присутствия в мембране дополнительных веществ. В частности, холестерин — один из основных компонентов плазматической мембраны всех эукариотических клеток — существенно влияет на текучесть бислоя (Dei-num et al., 1988). В составе мембран эритроцитов присутствует до 30 % холестерина, так как он легко взаимодействует с фосфолипидами, образуя комплексы 1:1. Его плоское стероидное ядро легко проникает в структуру мембраны и увеличивает ориентацию углеводородных цепей в жидкокристаллической фазе: ядра стероидов перекрывают 9—12 углеродных звеньев в липиде. Наибольшее сродство к холестерину проявляют сфингомиелины. Однако селективность межмолекулярных взаимодействий фосфолипидов друг с другом — отдельная проблема клинической биохимии и в данном разделе мы ее рассматривать не будем (Никифорова, 1981).

Асимметричное расположение положительно и отрицательно заряженных групп фосфолипидов на противоположных сторонах плазматической мембраны приводит к возникновению значительной разности электрохимического потенциала между внешним и внутренним слоями этой структуры. До недавнего времени сравнение электростатических потенциалов фосфолипидных монослоев с потенциалом бислоя, разделяющего две водные фазы, проводилось только для искусственных симметричных мембран, где дипольные составляющие липидных молекул взаимно скомпенсированы. Электростатическая емкость такого липидного бислоя зависит от длины цепи остатков жирных кислот использованных фосфолипидов и достигает величины 0.7— 0.8 мкФ/см2 (Богуславский, 1978), при этом электросопротивление бислоя составляет 103—106 Ом ¦ см2 (Волькенштейн, 1981).

Особенности, которые отличают клеточные мембраны и их модели от традиционных объектов электрохимических исследований, начинаются с их размеров: это в буквальном смысле слова наносистемы, так как толщина липидного бислоя имеет порядок 7.0—7.5 нм, при том что толщина

из

полярного внешнего слоя составляет 1.4 нм, а остальная часть, мембраны, построенная из углеводородных цепей, представляет собой изолятор. Известные трудности исследования электрохимических процессов на границе раздела «изолятор—раствор электролита» увеличиваются при переходе к этим тонким бислойным мембранам, так как их полярная часть соизмерима с толщиной приповерхностного слоя растворителя.

Неоднородность структуры приграничной зоны клетки определяется не только распределением зарядов фосфолипидов на внешней поверхности мембраны и низкомолекулярных противоионов, с ними связанных, но и структурой прилежащих слоев молекул воды, а также расположением пептидных молекул вблизи этой поверхности. В частности, в структуре аполипопротеинов имеются участки цепи с асимметричным распределением гидрофильных групп, которые способны к организации спиральных структур («колес Эдмундсона», см. рис. 4). В процессе выделения и очистки эти участки, как правило, теряют спиральную структуру, но при добавлении фосфолипидов доля спиральных участков восстанавливается. Этому способствует взаимодействие боковых групп пептида с полярными (ионизированными) головками фосфолипидов. При этом пептид располагается на фосфолипидном монослое таким образом, чтобы ось а-спирали была ориентирована параллельно поверхности слоя (Поляков, Панин, 2000).

Упорядоченность жидкокристаллического состояния фосфолипидов определяет два свойства цитоплазматической мембраны — спонтанную поляризацию и ее изменения при вариации внешних условий (температуры, внешнего электрического поля, механического давления).

Нативная асимметрия распределения положительно и отрицательно заряженных групп на разных сторонах плазматической мембраны присуща всем природным мембранам. В результате внутренние области липидного бислоя, обладающие низкой диэлектрической проницаемостью, всегда оказываются как бы между обкладками конденсатора, т. е. под действием разности потенциалов между полярными внешней и внутренней поверхностями мембраны. Под влиянием этого внутримембранного электростатического поля гидрофобные части фосфолипидов поляризуются. При этом может иметь место как молекулярная (электронная) поляризация, так и ориентационная поляризация, определяющая упаковку алифатических цепей в мембране и их

114

жидкокристаллическое состояние. Изменение этого состояния бислоя под действием внешнего электростатического поля влечет за собой в первую очередь изменение мембранного потенциала.

Эффективным внешним электрическим воздействием может быть световая волна. Оптический диапазон частот таков, что они возбуждают колебания только в электронных оболочках, а коиформации молекул в структуре бислоя не меняются. Таким образом, гидрофобная прослойка мембраны представляет собой регулярную диэлектрическую среду, которая может с

страница 32
< 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
(09.07.2020)