Мембраны самосборка

Процессы самосборки протекают и на более высоких уровнях организации. К самосборке способны ферменты и даже мембраны. [c.386]

Клеточные мембраны играют исключительную роль в жизнедеятельности клетки и организма. Они имеют толщину 600—1000 нм и содер.жат около 60% белка и 40% липидов. Для каждого типа мембран характерно определенное молярное соотношение специфических типов липидов. По-видимому, существует много специализированных вариантов структуры мембран. Большей частью они асимметричны, т. е. имеют лицевую и обратную стороны, что является важным при переносе различных веществ через мембрану. Между отдельными компонентами мембран устанавливаются связи ассоциативного характера извлеченные из мембраны липиды могут вновь занять свои места в мембране. Таким образом мембраны способны к самосборке. [c.561]

Процесс самосборки мембран, по существу, мало отличается от самосборки других клеточных структур, таких, как олигомерные белки, микротрубочки, рибосомы и др. И в том и в другом случае молекулы, участвующие в самосборке, имеют такое строение, что минимуму свободной энергии отвечает не произвольное их размещение, а определенное, упорядоченное расположение в соединении друг с другом. Иначе говоря, и информация о структуре, и энергия, необходимая для построения этой структуры, содержатся в самих строительных блоках. Однако физические силы, участвующие в самосборке белковых структур, более разнообразны, чем при самосборке мембран в последнем случае преобладающее значение имеют гидрофобные взаимодействия между компонентами мембраны и гидрофильные взаимодействия этих компонентов с окружающей водной средой. [c.206]

Больщинство фосфолипидов и гликолипидов в водной среде самопроизвольно образуют бислои. Более того, эти липидные бислои имеют тенденцию к замыканию самих на себя, что приводит к формированию закрытых отсеков (компартментов). При этом устраняются свободные края, на которых гидрофобные хвосты могли бы соприкасаться с водой. По той же причине компартменты, построенные из липидных бислоев, стремятся сами залечить свои повреждеиия, смыкая края разорванных участков. Кроме способности к самосборке липидный бислой обладает и другими характеристиками, делающими его идеальным материалом лля клеточных мембран. Важнейшее из этих свойств - текучесть, которая, как мы увидим в дальнейшем, обусловливает многие функции мембраны. [c.352]

Очень существенным является то обстоятельство, что молекулы фосфолипидов имеют два хвоста. Такая молекула в пространстве имеет форму, близкую к цилиндру (рис. 1.3). Из молекул фосфолипидов в водной среде происходит самосборка бислойной мембраны. Присутствие молекул с одним хвостом (лизолецитин), имеющих в пространстве форму, близкую к конусу, разрушает клеточные мембраны (рис. 1.4). Фосфолипидные молекулы, лишенные одного из хвостов, образуют поры в бислойной мембране, нарушается барьерная функция мембран. [c.16]

Белки, полисахариды, ДПК и РПК - это макромолекулы. Липиды обычно не считают макромолекулами, хотя они и обладают некоторыми свойствами последних например, большинство липидов синтезируется в виде линейных полимеров из молекул меньшего размера (ацетильной группы ацетилкофермента А) и путем самосборки образует более крупные структуры (мембраны). [c.114]

Биологическую мембрану можно солюбилизировать детергентами или органическими растворителями, разделить на белковую и липидную фракции, затем смешать их и после удаления солюбилизирующего агента вновь получить мембрану с практически такой же структурой, как и нативная. Опыты по самосборке свидетельствуют, что биологическая мембрана формируется не на специальной матрице, а путем создания термодинамически наиболее выгодной структуры — липидного бислоя — и встраивания гидрофобных участков белка в этот бислой. Существуют определенные отличия в липидном составе различных мембран (например, наружная цитоплазматическая мембрана клетки содержит в несколько раз больше холестерина, чем внутренние мембраны), однако специфичность связывания мем- [c.25]

Как мы уже говорили, ферменты, ответственные за синтез фосфолипидов, располагаются на цитоплазматической стороне везикул эндоплазматического ретикулума. По мере синтеза фосфолипидов происходит их самосборка с образованием термодинамически стабильных бимолекулярных слоев, которые включаются в мембрану везикул. Липидные везикулы, происходящие от эндоплазматического ретикулума, по-видимому, перемещаются к аппарату Гольджи, фрагменты которого в свою очередь сливаются с плазматической мембраной. Мембраны аппарата Г ольджи и везикул эндоплазматического ретикулума асимметричны в поперечном направлении как по фосфолипидам, так и по белкам, и эта асимметрия сохраняется до слияния с плазматической мембраной. Внутренняя поверхность везикулярных мембран оказывается с наружной стороны плазматической мембраны, а цитоплазматическая остается на ее цитоплазматической стороне (рис. 42.10). Поскольку поперечная асимметрия в мембранах везикул, происходящих из эндоплазматического ретикулума, существует еще до слияния с плазматической мембраной, основной проблемой сборки мембран становится вопрос о том, каким образом интегральные белки асимметрично включаются в липидный бислой эндоплазматического ретикулума. [c.135]

Плоские бимолекулярные липидные мембраны (Б Л М) формируются на отверстии в гидрофобном материале и разделяют два раствора электролита, состав которых можно целенаправленно изменять. Такие мембраны, вероятно, представляют наиболее адекватную модель биологических мембран. Они взяты за основу при реконструкции различных функциональных мембранных комплексов, так как большинство современных данных говорит в пользу того, что все (за некоторым исключением) естественные мембраны содержат в своей основе липидный бислой, и самосборка мембран начинается именно с его образования, а затем уже происходит внедрение в липид белковых, полисахаридных и других компонентов, что и приводит к формированию мембранной системы. [c.132]

Мембраны легко разрушаются под действием детергентов, после удаления которых они способны к самосборке — формированию двойного липидного слоя. [c.99]

Цикл размножения вируса начинается с его прикрепления к поверхности клетки. Вирион содержит специальные белки, узнающие определенные вещества мембраны клетки-хозяина эти вещества называют рецепторами вируса. Например, бактериофаг Т4 прикрепляется только к клеткам Е. соИ, полиовирус — к определенным клеткам человека, а также обезьян, вирус гриппа — к клеткам слизистой оболочки дыхательных путей. После прикрепления вирион проникает через мембрану внутрь клетки иногда в клетку попадает только нуклеиновая кислота вириона. Затем с использованием аппарата клетки-хозяина начинается репликация вирусного генома и синтез вирусных белков из них путем самосборки образуются новые вирионы, которые освобождаются из клетки, либо разрушая ее (лизис клеток), либо проходя через мембрану без разрушения клетки. [c.150]

Научные работы посвящены изучению механизма превращения энергии в биологических мембранах. Исследовал трансформацию химической энергии в электрическую на мембранах митохондрий, роль мембранного потенциала как фактора, сопрягающего освобождение и аккумуляцию энергии в клетке. Открыл терморегуляторное разобщение процессов дыхания и фосфорилирования и сделал вывод о том, что вещества-разобщители являются переносчиками ионов через биологические мембраны. Провел самосборку протеолииосом, генерирующих электрический ток, что явилось доказательством суще- [c.466]

Обновление белков синаптических структур, очевидно, происходит по общей схеме биосинтеза и самосборки мембран, но имеет и свои особенности. Предпосылки для осуществления локального синтеза в НО следующие. 1) Наличие в цитоплазме НО фонда свободных аминокислот (АК), который может пополняться за счет активного транспорта АК из межклеточной среды через пресипаптические мембраны либо за счет гидролиза лизосомальными ферментами, находящимися в НО, определенного [c.39]

Теория Опарина предполагает, что жизнь возникла в несколько стадий. Первая стадия — это процесс образования простейших углеводородов. Вторая стадия — освобождение углеводородов в атмосферу Земли, где они реагировали с парами воды, аммиаком и другими газами. Коротковолновое УФ-излучение и электрические разряды в атмосфере инициировали протекание этих реакций. УФ-излучение разлагало воду (фотоокисление) на водород и кислород. Водород уходил в космическое пространство, тогда как кислород окислял аммиак до молекулярного азота, а углеводороды — до спиртов, альдегидов, кетонов и органических кислот. Затем эти соединения с дождями выпадали из влажной, холодной атмосферы в моря и океаны, где они накапливались, а потом благодаря процессам полимеризации и конденсации становились близкими по строению к тем химическим соединениям, которые входят в состав живых организмов. Так возникли первые биологически активные химические полимерг-ные соединения, подобные белкам и нуклеиновым кислотам. На третьей стадии образовывались так называемые коацерватные (от лат. асегиаШз — скрученный) капли, которые, достигая определенной величины, становились способными к обмену с окружающей средой. Затем в ходе эволюции эти коацерватные капли приобрели способность к самостоятельному существованию, т. е. они обособились от среды, и в них стали протекать элементарные химические превращения. На четвертой стадии у коа-церватов совершенствовался химический обмен (первоначальный метаболизм), синтезировались и упорядочивались мембраны, происходила самосборка первичных носителей информации — нуклеопротеинов. [c.531]

Полагают, что комплексы, синтезирующие целлюлозу и находящиеся в плазматической мембране, вращаются вокруг длинных молекул целлюлозы. По мере биосинтеза и самосборки, т. е. процессов, которые протекают одновременно, дистальный конец микро фибриллы, вероятно, образует поперечные сшивки с ранее отложенным слоем стенки. Следовательно, на растущем проксимальном конце синтазные комплексы должны продвигаться вдоль мембраны в направлении синтеза. Можно предположить лва механизма воздействия микротрубочек на направление этого движения, а следовательно, и на ориентацию микрофибрилл. Цитоплазматический домен целлюлозосинтазного комплекса может быть прямо или косвенно связан с микротрубочками, лежащими в кортикальном слое. Согласно другой гипотезе, микротрубочки, подобно берегам канала, направляют движение синтазных комплексов парал- [c.422]

Участие посторонних белков в сборке, как оказалось, не соответствует традиционному представлению о наличии прямой аналогии между механизмами свертывания полипептидных цепей в искусственных условиях и клетке. Ставшие известными функции молекулярных шаперонов потребовали определенной коррекции давно сформулированного и многократно подтвержденного в опытах in vitro принципа не нуждающейся в каких-либо посредниках самосборки белка. Выяснилось, что это не совсем так. Более того, оказалось, что в сложных клеточных условиях нужны белки, ассистирующие не только котрансляционное и посттрансляционное свертывание полипептидных цепей, но и помогающие транспорту белковых молекул через мембраны, реорганизации, диссоциации и ассоциации белков в олигомерные комплексы, сборке олигомеров внутри органелл и ликвидации белковых повреждений, вызванных стрессовыми и иными внешними воздействиями. [c.420]

У примитивных эукариот ядерная оболочка во время митоза не распадается (Lima-de-Faria, 1983). Непременная диссоциация клеточного ядра—эволюционно более позднее явление. В приобретаемой ядром способности к диссоциации и к обратной сборке, быть может, кроется прямое указание на процесс его первоначального формирования. Ядро возникает одноактно путем самосборки части эндоплазматического ретикулума в сферическую структуру. Вот почему у него нет явных предшественников. С точки зрения эволюции органелл и клетки это быстрое образование путем самосборки имеет большое значение. Оно показывает, что на уровне клеточной организации многоступенчатые процессы не обязательны — могут происходить и скачкообразные события. Соответственно и управляют ими только такие простые химические реакции, как фос-форилирование, участвующее в самосборке внутренней ядер-ной мембраны. [c.215]

В физиологических условиях (выше температуры фазового перехода), фосфодипидный бислой имеет жидкокристаллическое состояние, т. е. обладает одновременно текучестью и упорядоченным расположением элементов. Результатом этой текучести и достаточно высокого поверхностного натяжения на фанице 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 сдоев 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- [c.112]

В заключение мне хочется обратить внимание на возможность непосредсгвснного влиянгя ионов натрия на образование мембраны. Натриевые соли жирных кислот менее растворимы, чем калиевые все знают, что калиевое мыло жидкое, а натриевое твердое. Вполне возможно поэтому, что проникновение в примембранкый слой клетки ионов натрия стимулирует самосборку мембраны из уже имеющегося запаса липидов, фосфолипидов, жирных кислот — аналогично превращению жидкого калиевого мыла в твердое натриевое. [c.102]

Щелевые контакты удалось вьщелить из печени крыс благодаря их необычной устойчивости к протеолитическим ферментам и детергентам (рис. 12-35). Судя по результатам анализа таких препаратов, контакты, вероятно, состоят в основном из одного белка с мол. массой около 27 ООО. Щелевые контакты между диссоциированными клетками in vitro образуются за несколько минут (даже в отсутствие синтеза новых белков). Очевидно, в таких случаях происходит самосборка из предсуществующих субъединиц, возможно, диффундирующих в плазматической мембране их сборку могло бы инициировать связывание с такими же субъединицами близко прилегающей мембраны другой клетки. В культуре клетки позвоночных часто образуют контакты с клетками любых других позвоночных, что говорит о высокой эволюционной консервативности компонентов этих структур. [c.219]

Липосомы, или фосфолипидные везикулы (пузырьки), получают обычно при набухании сухих фосфолипидов в воде или при впрыскивании раствора липидов в воду. При этом происходит самосборка бимолекулярной липидной мембраны. Минимуму энергии Гиббса отвечает замкнутая сферическая одноламеллярная форма мембраны. При этом все неполярные гидрофобные хвосты находятся внутри мембраны и ни один из них не соприкасается с полярными молекулами воды (рис. 1.11). Однако чаще получаются несферические многоламеллярные липосомы, состоящие из нескольких бимолекулярных слоев, - многослойные липосомы. [c.28]

Со времени появления модели мембраны, предложенной Д. Даниэлли и X. Давсоном, усилия многих исследователей были направлены на получение искусственного фосфолипидного бислоя, разделяющего два водных раствора электролита и моделирующего строение биологической мембраны. В 1961 г. П. Мюллеру и сотрудникам удалось установить способность фосфолипидов, нанесенных в капле органического растворителя на отверстие в тефлоновой перегородке, самопроизвольно истончаться до толщины бислоя. Этот многостадийный процесс, в определенной степени моделирующий самосборку биомембраны, можно наблюдать при помощи микроскопа с осветителем. [c.132]

Третий аспект имеет столь же важное значение н, возможно, обусловлен тем, что организмы строились путем самосборки. Перенос энергии в живых организмах — не случайный, а строго канализированный процесс. Примеров (можно привести множество. Клетка способна распознавать окружающие ее ионы и молекулы. Более того, ее мембрана пропускает лишь некоторые из них, препятствуя проникновению остальных. В этой канализации энергии участвуют как АТР, так и направленный перенос электронов. Фотосинтез у бактерий также сопровождается переносам электронов. Поток электронов инициируется поглощением фотонов молекулами, участвующими в фотосинтезе. Электроны образуют некий канал и перемещаются в одном направлении (Youvan, Marrs, 1987). Сходный процесс канализации связан и со зрением. Палочки сетчатки возбуждаются фотонами, которые запускают каскад биохимических реакций, завершающийся нервным импульсом (Stryer, 1987). [c.350]

Интегральные белковые глобулы располагаются в фосфоли-пидных слоях мембран ориентированно. Эта ориентация определяется особенностями гидрофобной поверхности каждого белка, локализацией и свойствами его гидрофильных участков. Определенные участки липопротеиновых глобул (участки узнавания) служат для самосборки полиэнзимных мембранных комплексов. На положение белков в мембране оказывают влияние состав фосфолипидов, прочно связанных с глобулами, состояние сврбодных фосфолипидов двойного слоя, а также величина элект статического заряда мембраны. Функциональная активность мембран и изменения мембранного потенциала сопровождаются всплыванием или погружением субъединиц, их латеральными перемещениями. Предполагается, что такое перемещение белков в мембране может быть ограничено их связью с микрофиламентами и микротрубочками. [c.15]

Большинство белков, входящих в состав митохондрий, синтезируется в цитоплазме. Лишь 5—15% белков — продукты трансляции митохондриальных полисом, причем эти белки входят исключительно в состав внутренней мембраны митохондрий. Белки митохондриального происхождения являются гидооАобными полипептидами и их самосборка с участием [c.323]

Микр отру бочки — это длинные цилиндрические образования (диаметром 20—30 нм), стенки которых построены из глобулярного белка — тубулина (димер, состоящий из двух субъединиц — а и р, которые имеют практически одинаковый молекулярный вес — 55 000). Тубулин способен к самосборке —- в присутствии ГТФ происходит присоединение друг к другу молекул тубулина, в результате чего, образуется спираль, один виток которой состоит из 13 молекул тубулина. Полимеризация тубулина сопровождается гидролизом ГТФ до ГДФ и Фн. Витки спирали плотно примыкают друг к другу и тем самым образуют полый цилиндр — микротрубочку, 1убулин и минорные белки, входящие в состав мнкротрубочки, могут фосфорилироваться цАМФ-зависимыми протеинкиназами (см. раздел 4.2.3). Они могут связывать также ионы Са +. Фосфорилированне влияет на скорость полимеризации микротрубочек, а Са2+ вызывает их деполимеризацию. Таким образом, гормоны и нейромедиаторы, влияющие на синтез цАМФ (см. раздел 1.3) или на проницаемость мембран для Са + (см. ниже)., будут изменять состояние микротрубочек, что, в свою очередь, приведет к изменению латерального движения белков в мембране, вязкости мембраны, переноса веществ от ядра к периферии клетки, подвижности органелл и т. д, [c.26]

Взаимодействие молекул без изменения их ковалентной структуры образование олигомерных белков из протомеров самосборка клеточных органелл, включая мембраны образование двойной спирали ДНК присоединение аминоацил-тРНК к мРНК и рибосомам присоединение аллостери-ческих эффекторов к регуляторным центрам ферментов присоединение кислорода к гемоглобину и др. Все эти взаимодействия представляют собой физико-химические процессы. Наиболее характерной чертой молекулярных физико-химических процессов в живых организмах является соединение молекул за счет комплементарных поверхностей центров связывания (узнавание). [c.179]

Процесс, аналогичный описанной выше самосборке мембран, используют для создания искусственных мембранных пузырьков — протеолипосом — с заданным составом. Для этого выбранные липиды и белки растворяют в растворе детергента, а затем детергент удаляют диализом. При этом можно получить и асимметричные мембраны если белок, имеющий гидрофильную и гидрофобную части, добавить к суспензии уже готовых липосом, то он будет включаться только в наружную поверхность липосомы. Липосомы широко используют для моделирования и изучения свойств мембран. Изучается возможность применения липосом в качестве капсул для введения в организм лекарств. Липосомы, введенные через желу-дочно-кишечный тракт, попадают в кровь, а затем улавливаются органами (главным образом печенью и селезенкой) и разрушаются в их клетках. Путем подбора мембранных компонентов можно получить липосомы, избирательно задерживающиеся в том или ином органе с помощью таких липосом можно направить лекарство точно по адресу — в пораженный орган. [c.206]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология