Липиды подвижность в мембранах

Прир. И. часто характеризуются уникальной ионной избирательностью, что достигается строгим соответствием расположения атомов О лиганда размерам связанного иона. Напр., искусств, фосфолипидные мембраны, к-рые в нормальном состоянии одинаково непроницаемы для Na и К , пропускают в присут. валиномицина 10 ионов К на один иои Na . Для функционирования И. важно, чтобы углеводородные цепи липидов мембраны были в подвижном 0<жидком ) состоянии в противном случае комплексу не проникнуть через мембрану. [c.266]

Жидкостные свойства мембран доказываются многими фактами. Подвижность мембранной структуры обнаруживается помощью парамагнитных и флуоресцентных меток, а также методом ЯМР. На рис. 10.3 показан спектр ЭПР мембраны, меченной нитроксильными метками, присоединенными к липидным хвостам . При низкой температуре липид заморожен, при высокой спектр обостряется и становится богаче, так как липид расплавлен и нитроксил приобретает быстрое анизотропное движение. [c.337]

При переходе от молекулярных систем к надмолекулярным структурам живых клеток и организмов мы встречаемся со специфическими проблемами физики конденсированных сред. Биологические мембраны, сократительные системы, любые клеточные структуры имеют высоко специализированное гетерогенное строение. Во всех функциональных надмолекулярных структурах определяющую роль играют белки, взаимодействующие с другими органическими молекулами (например, с липидами в мембранах) и с различными ионами, начиная с малых ионов щелочных и щелочноземельных металлов. В гетерогенных надмолекулярных системах реализуется специальное динамическое поведение, ответственное в конечном счете за важнейшие явления жизнедеятельности. Это поведение определяется особым состоянием биологических надмолекулярных систем. Мембраны имеют жидкое или жидкокристаллическое строение, белки плавают в липидном море . Сократительные белковые системы, ответственные за превращение химической энергии (запасенной преимущественно в АТФ) в механическую работу, т. е. системы механохимические, построены из различных фибриллярных белков, взаимодействующих друг с другом. Естественно, что внутримолекулярная и молекулярная подвижность, т. е. конформацион-ные движения, играют главную роль в динамике надмолекулярных структур. В конечном счете электронно-конформационные или ионно-конформационные взаимодействия лежат в основе всей клеточной динамики. [c.611]

В одной из недавних работ [7] мы отмечали, что деформации мем бран объясняются их подвижностью в собственной плоскости,, а не эластичностью. Возьмем, например, кусок резины — он эластичный, а не жидкий, В нем соседние молекулы полимерных цепей А и В остаются расположенными очень близко друг к другу даже при сильных деформациях. Толщина резины зависит от сил натяжения, и если в куске резины есть отверстие, то оно будет деформироваться в соответствии с распределением напряжений. Напротив, в жидкой пленке постоянны диффузия и плотность молекул, а окружение отдельной молекулы непрерывно меняется. Существование диффузии в системах вода — липид и в биологических мембранах было подтверждено методом магнитного резонанса [16, 50]. Толщина мембраны, определяемая с помощью электронного микроскопа на тонких срезах, остается постоянной и не зависит от формы мембраны [51]. [c.281]

Биологические мембраны построены в основном из белков, липидов и углеводов. В состав молекулы природных липидов входят полярная заряженная фосфатная головка и длинные углеводородные цепочки, принадлежащие жирным кислотам. В природных фосфолипидах жирные кислоты могут иметь ненасыщенные двойные связи в основном во втором положении глицеринового остатка. Белки могут пронизывать мембрану насквозь, а могут быть частично или целиком погружены в липидный слой. Взаимодействие с гидрофобными липидами осуществляется в основном неполярными аминокислотными остатками. Белки плавают в липидном слое мембраны в виде отдельных глобулярных частиц и обладают определенной подвижностью. Активность мембранных белков зависит от фазового состояния липидов и вязкости мембраны. На рис. 13.1 дана общая схема строения мембраны, состоящей из двойного липидного слоя с погруженными в него молекулами белка. Толщина биологических мембран обычно не превышает 100 А. [c.131]

Анализ различными физическими методами выделенных из клеток фосфолипидов, клеточных мембран, а также целых клеток показал, что температуры, соответствующие резкому изменению скорости трансмембранного переноса, лежат вблизи температур фазового перехода. кристалл — жидкий кр,металл для соответствующих препаратов фосфолипидов (в основном— фосфатидилэтаноламина) [422]. При температурах, меньщих температуры перехода, мембраны состоят из молекул липидов, упакованных в гексагональную кристаллическую решетку. В такие мембраны утоплены молекулы белков-переносчиков, и транспорт через пих весьма затруднителен. При температуре фазового перехода происходит резкое увеличение подвижности углеводородных цепей, мембрана становится жидкой, трансмембранная диффузия и активный перенос веществ оказываются облегченными (см. в частности [143]). [c.216]

Режим функционирования мембраны сильно зависит от микровязкости липидного бислоя и подвижности фосфолипидных молекул в мембране, фазового состояния мембранных липидов. Отклонения биофизических характеристик липидного бислоя от нормы связано с разного рода патологиями. Важную роль в физиологии клетки играют фазовые переходы в биологических мембранах. [c.16]

Высокая подвижность липидных молекул обусловливает латеральную (боковую) диффузию. Латеральная диффузия - это хаотическое тепловое перемеш ение молекул липидов и белков в плоскости мембраны. При латеральной диффузии рядом расположенные молекулы липидов скачком меняются местами и вследствие таких последовательных перескоков из одного места в другое молекула перемещ ается вдоль поверхности мембраны. Среднее квадратичное перемещ ение молекул при диффузии за время t можно оценить по формуле Эйнштейна [c.21]

Фосфолипаза В катализирует отщепление гидрофильного спирта от фосфоглицеридов и сфингомиелинов. В результате отщепления полярных головок от молекул фосфолипидов могут нарушаться электростатические взаимодействия фермента с молекулами окружающих его фосфолипидов, в частности, кислого липида — фосфатидилсерина, являющегося, по-видимому, аннулярным липидом для ацетилхолинэстеразы. Фосфатидилсерин, а также фосфатидилэтаноламин локализованы преимущественно во внутренней половине липидного бислоя. Можно предположить, что гидролиз фосфолипидов и фосфатидилсерина не вызывает конформационных изменений молекул фермента, затрагивающих его активный центр, поэтому активность АХЭ при обработке мембран фосфолипазой практически не изменяется. Необходимо отметить, что обработка мембран фосфолипазой индуцирует изменения упаковки и подвижности фосфолипидов, вязкости и асимметрии липидной фазы, белок-липидных взаимодействий. Воздействие УФ-излучения на модифицированные мембраны приводит к нарушениям в функционировании мембраносвязанной АХЭ, отличающимся по направленности от таковых при облучении интактных мембран. Эти нарушения являются результатом изменения конформационного состояния продуктов гидролиза фосфолипидов в мембране при воздействии УФ-света. [c.162]

Высокая подвижность липидов в мембранах приводит к хаотическому тепловому перемещению молекул липидов и белков в плоскости мембраны, называемому латеральной диффузией. Этот процесс можно представить себе как скачкообразный последовательный обмен местами молекул фосфолипидов в мембране. Между частотой таких перескоков г" (с" ), площадью А, занимаемой молекулой фосфолипида на мембране, и средним расстоянием 7, которое проходит молекула за время t, существуют такие соотношения [c.120]

Самым загадочным во всей последовательности рассматриваемых событий является вопрос о каналах , переносящих ионы через мембрану. Рассмотрим некоторые из существующих гипотез. По современным представлениям, биологическая мембрана представляет собой мозаичную белок-липидную структуру. В некоторых участках липидный бислой прерывается белками, насквозь пронизывающими всю мембрану. В иных участках белками занят только один (наружцы-й.или внутренний) сл.ой липида. Есть участки бислоя, полностью лишенные белков. Считается, что около 30—40% мембранных липидов связано с белками, а остальные молекулы находятся в с1зободном состоянии. И белки и липиды биологической мембраны могут совершать латеральное движение в плоскости мембраны, тем самым постоянно изменяя мозаичную картину. Предполагается, что каналами для ионов служат подвижные молекулы воды в неупорядоченной области липидов. Открывание этих каналов при, деполяризации мембраны или при взаимодействии нейромедиатора с рецептором объясняют переходом мембранных белков в более глобулярную структуру, вследствие чего липиды и вода теряют свою упорядоченность, нарушаются гидрофобные связи с белком и появляются подвижные молекулы воды в липидном бислое. С помощью т акой гипотезы очень трудно объяснить высокую селективность каналов , пх избирательность и в отношении ионов, и в отношений блокаторов. [c.166]

Иногда к И. относят также в-ва [напр., антибиотик грамицидин А (VIII букв, обозначения см. в ст. Аминокислоты), нек-рые белкн нервных клеток], пронизывающие мембраны и образующие ион-проницаемые каналы (поры). Так, молекулы грамицидина А не перемещаются с одной стороны мембраны на другую, а встраиваются в мембрану в виде спирального димера с осевой полостью. Поскольку грамицидин А не диффундирует через мембрану, его ионопереносящая ф-ция не зависит от подвижности углеводородных цепей липидов. [c.266]

Внутримол. динамика мембранных белков изучена меньше, чем липидов. Известно лишь, что боковые заместители на тех участках полипептидной цепи, к-рые погружены в липидный бислой, в значит, мере иммобилизованы. Мн. мембранные белки способны легко диффундировать вдоль мембраны и обладают довольно высокой вращат. подвижностью. Но даже в случае самых подвижных белков измеряемые коэф. диффузии примерно на порядок ниже, чем для липидных молекул. Времена вращат. релаксации для интегральных белков лежат в диапазоне от 20 до 500 мкс, а коэф. латеральной диффузии (вдоль бислоя) варьирует от 7-10 до 10 см -с . [c.30]

Очевидно, что подобная простейшая модель приемлема только в узкой области состояний мембраны, близких к неде-формированному, т. е. когда у составляет, по крайней мере, несколько дин/см. Соответствующий монослой с той же плотностью головных групп липида, что и бислой, отличается в первую очередь по углеводородной подвижности. Для относительно п отноупакованного монослоя (45—70 на 1 молекулу), поддерживаемого при равновесном или близком к нему давлении растекания, основной вклад в результирующее поверхностное натяжение, вероятно, должен определяться пониженной плотностью в области концов углеводородных цепей, точно так же, как для поверхностной зоны углеводородной жидкости. Для бислойной мембраны и для монослойной пленки в состоянии, близком к равновесному давлению растекания, термодинамические условия в зонах головных групп должны быть сходными и в значительной степени определяться всей совокупностью взаимодействий с водой, как предположено Форслиндом и Кьелландером [18]. На этой приемлемо приближенной основе мы можем сделать следующее допущение [уравнение (25) ] [c.330]

Почему мембранные липиды должны обладать подвижностью Одна из причин связана, вероятно, с участием мембран в жизненно важных процессах транспорта. Биологические мембраны характеризуются. довольно высокой проницаемостью для нейтральных молекул (в том. числе НгО), причем при температурах, превышающих Тх, цепи жирных кислот могут свободно поворачиваться вокруг одинарных связей на 120 °С, переходя из транс- в скошенную (гош-) конфигурацию. В результате такого вращения вокруг соседних или близко рааположенных связей возникают изломы цепочек жирных кислот. Если излом образуется вблизи поверхности бислоя (как это чаще всего и происходит) то в образовавшуюся полость легко может проскочить небольшая молекула. Поскольку излом легко перемещается по бислою, небольшие-молекулы могут свободно проникать через мембрану [23]. Не исключено, что эти же факторы обеспечивают перенос и более крупных молекул, играющих роль переносчиков в мембранном транспорте. [c.348]

Строение и подвижность полярных липидов, не относящихся к фосфолипидам, изучены мало, однако выяснено, что они также способны к фазовому переходу типа гель — жидкие кристаллы [8]. Гликолипиды образуют бислои, толщина и площадь которых (в пересчете на молекулу) сходны с таковыми для фосфолипидов. Интересно отметить, что температура фазового перехода экстрагированных из мозга мясного скота цереброзидов составляет около 70 °С из-за преобладания в них 24 0- и 24 1-алкильных цепей физиологическое значение такой высокой температуры фазового перехода не очень понятно. Температуры фазового перехода моно-и дигалактозилглицериноБ из хлоропластов, напротив, лежат ниже 0°С и, следовательно, при физиологической температуре эти липиды находятся в жидкокристаллической фазе. Разнообразие остатков, находящихся в области полярных головок гликолипидов, должно влиять на свойства клеточных поверхностей например, групповая специфичность крови связана с гликопротепнами и гли-колипидами мембраны эритроцитов. [c.118]

Устройство мембраны, показанное на рис. 10.2, таково, что белки как бы плавают в липидном море . Их молекулы погружены с двух сторон мембраны на разную глубину в двойной слой подвижных углеводородных хвостов липидов. Имеются белки, проходящие через всю мембрану. Значительная часть поверхности мембраны свободна от белков так, белки занимают 70 7о поверхности мембраны эритроцита и 80 7о поверхности мембраны мпкросомы. Транспорт малых ионов и молекул происходит по каналам в мембранах. В устройстве и функционировании каналов особенно существенна роль белков. Природа каналов— важная проблема физики мембран (см. 11.4). [c.338]

Термин мембранао используется вот уже более 100 лет для обозначения клеточной границы, служащей, с одной стороны, барьером между содержимым клеткн н внешней средой, а с другой — полупроницаемой перегородкой, через которую могут проходить вода и некоторые из растворенных в ней веществ. В 1851 г. немецким физиолог X. фон Моль описал плазмолиз клеток растений, предположив, что клеточные стенки функционируют как мембраны. В 1855 г. ботаник К. фон Негели наблюдал различия в проникновении пигментов в поврежденные н неповрежденные растительные клетки и исследовал клеточную границу, которой он дал название плазматическая мембрана. Он предположил, что клеточная граница ответственна за осмотические свойства клеток. В 1877 г. немецкий ботаник В. Пфеффер опубликовал свой труд Исследование осмоса , где постулировал существование клеточных мембран, основываясь на сходстве между клетками и осмометрами, имевэщими искусственные полупроницаемые мембраны. В 80-х годах прошлого столетия датский ботаник X. де Фриз продолжил осмометрические исследования растительных клеток, предположив, что неповрежденный слой протоплазмы между плазмалеммой и тонопластом функционирует как мембрана. Его исследования послужили фундаментом при создании физико-химических теорий осмотического давления и электролитической диссоциации голландцем Я. Вант-Гоффом и шведским ученым С. Аррениусом. В 1890 г. немецкий физикохимик и философ В. Оствальд обратил внимание на возможную роль мембран в биоэлектрических процессах. Между 1895 и 1902 годами Э. Овертон измерил проницаемость клеточной мембраны для большого числа соединений и наглядно показал зависимость между растворимостью этих соединений в липидах и способностью их проникать через мембраны. Он предположил, что мембрана имеет липидную природу и содержит холестерин и другие липиды. Современные представления о строении мембран как подвижных липопротеиновых ансамблей были сформулированы в начале 70-х годов нашего столетня. [c.549]

Хотя жидкомозаичная модель сейчас общепризнана, следует помнить, что она все же представляет собой упрощенное и схематичное отражение столь сложной и разносторонней системы, как биологическая мембрана. Одним из основных постулатов этой модели является предположение о свободном движении молекул белков и липидов в двумерной фазе липидного бислоя. Однако вскоре выяснилось, что не все белки и липиды способны к свободному перемещению, в некоторых случаях их подвижность сильно ограничена. Во многих мембранах интегральные белки находятся в фиксированных положениях за счет высокой концентрации белка, вследствие его агрегации, образования липидных доменов, а также в результате взаимодействия белков с цитоскелетом, образуемым внутренними структурами клетки. [c.585]

Помимо исследования специфического взаимодействия белковых и липидных компонент мембраны, проявляющегося в процессах рецепции, метод спинового зонда используется и для изучения достаточно общих закономерностей липид-белковых взаимодействий. Так, в целом ряде работ (см., например, [ИЗ, 187]) показано, что присутствие белков в липиде приводит к снижению интенсивности вращения гидрофобных зондов, т. е. к повышению жесткости липидных слоев. Именно благодаря влиянию белков на состояние липидных областей мембран жирорастворимые зонды позволяют следить за состоянием белковых компонент мембраны. Так, в работе [1881 при исследовании температурной зависимости подвижности зонда СП (5, 10) в мембранах саркоплазматического ретикулума и в работах [189] при исследовании температурной зависимости подвижности зонда АХП(14) в мембранах бактерий Mi ro o us lysodeikti us, наряду с обычными структурными переходами в липидных областях мембраны, обусловленных самими липидами, обнаружены структурные переходы в липидных областях мембраны, которые исчезали при тепловой денатурации мембранных белков, что свидетельствует об индукции этих переходов конформационными превращениями мембранных белков. [c.181]

Ка.к лецитин, так и холестерин являются непременными комионентами огромного большинства биологических мембран. Поэтому система холестерин — липяд — вода была исследована большим числом способов на различных модельных системах [41, 42]. Присутствие холестерина изменяет вязкость мембра-ны. Влияние холестерина зависит -как от длины углеводородных цепей липидов, так и от степени нх ненасыщенности. Хотя химические а.анекты взаимодействия липидов с холестерином расомотрены довольно подробно [43, 44], структура о б разующихся бислоев нуждается в дальнейших исследованиях. Истинная природа взаимодействия холестерина с липидами неизвестна установлено только, что подвижность углеводородных цепей существенна для проявления активности фер ментов, связанных в мембранах [45, 46]. [c.253]

Различные мембранные системы многие авторы- применяли для измерений концентрационных потенциалов и БИП. Для исследования влияния Na" и на агрегацию липидов в структуре мембраны определяли БИП необычных систем со стеаратом [24— 26]. Селективность к Na+ и К синтетических мембран, содержащих группы фосфо- и сульфокислот, получена из измеренных значений БИП [27]. Значения потенциалов коррелировали с относительными подвижностями ионов в мембране и с коэффициентами селективности, определенными химически. Мембрана из привитого полиэтиленстирольного сополимера, содержащая сульфогруппы, обладает при pH = 5 и 13 большей селективностью к К+, чем к Na мембрана же с группами фосфокислоты показала обратное. Однако мембрана с сульфогруппами более селективна к Na+, чем к №. [c.102]

Поверхностные монослои широко используют в качестве модельных мембранных систем. С их помош ью изучают подвижность и типы упаковки молекулярных компонентов в мембранах, межмолекулярные взаимодействия в мембранах, механические свойства мембран исследуют кинетику и механизмы ферментативных процессов, протекаюш их на границе раздела фаз изучают процессы переноса ионов и электронов через границу раздела фаз, инжекцию заряда в липидный слой (диэлектрик) и т. д. Однако этот метод имеет ряд ограничений, в значительной степени обусловленных тем, что монослой — это лишь половина липидного слоя мембран, обраш енного в газовую фазу. Последнего ограничения удается избежать при использовании в качестве мембраны мономолекулярного слоя, образуюш егося на границе двух несмешиваюш ихся жидкостей (углеводород-вода). Более адекватные модели, представляюш ие собой липидные бислои, удается получить в виде полимо-лекулярных структур, которые образуются липидами в объеме водной фазы. Лиотропный и термотропный полиморфизм липидов. Как было показано, полярные части мембранообразуюш их липидов сильно взаимодействуют с водой, поэтому эти соединения могут смешиваться с водой в любых соотношениях. Однако возникаюш ие смеси не представляют собой истинных растворов, а образуют многообразные упорядоченные фазы с периодической структурой. В зависимости от [c.11]

Один ИЗ подходов состоит в том, что мембрану охлаждают до температуры ниже точки фазового перехода липида (см. 1 гл. XVI). При этом проводимость БЛМ, индуцированная подвижными переносчиками — валиномицином или нонакти-ном, —значительно уменьшается, а проводимость, индуцированная грамицидином, почти не изменяется. Увеличение вязкости мембраны при понижении температуры препятствует движению подвижных переносчиков, но оказывает относительно слабое влияние на транспорт ионов через канал, пронизываюш ий мембрану насквозь. Другой подход состоит в сравнении проводимости мембран на переменном токе (рис. XX.11). [c.110]

Существенным фактором, определяющим подвижность рецепторов и взаимодействующих с ними белков (а тем самым и передачу гормонального сигнала в клетку), служит макроструктура мембраны. Мембранные белки образуют агрегаты, которые могут удерживаться цитоскелетом и подмембранными структурами, в состав последних входят белки фодрин, спектрин или ГЖ260/240. Таким образом, движение рецепторов осуществляется не в открытом липидном море мембраны, а между островами из неподвижных агрегатов белков. Движение белков в мембране осложняется также наличием липидов в фазе геля ( твердые липиды). Следовательно, на скорость передвижения будет оказывать существенное влияние доля площади мембраны г], доступной для движения белков. [c.267]

Фотодинамические эффекты наблюдаются и при облучении биологических систем видимым светом без добавленных сенсибилизаторов. Недавно такой эффект подробно исследован на дрожжевых клетках. На основании изучения спектра действия фотоинактивации клеток, обнаружившего близкое сходство со спектром поглощения порфирина, выделенного из плазматических мембран дрожжей, сделано заключение, что этот пигмент выполняет роль эндогенного фотосенсибилизатора. Показано также, что основным инициатором фотодеструктивных реакций, приводящих к нарушению барьерной функции плазматических мембран, является фотогенерируемый порфирином. Как установлено в экспериментах с изолированными плазматическими мембранами, фотосенсибилизированное изменение их проницаемости обусловлено главным образом процессом перекисного фотоокисления липидов. На основании зарегистрированного методом ЭПР ограничения подвижности спинового зонда (5-доксилпальмитат) сделан вывод о том, что перекисное фотоокисление липидов сопровождается увеличением вязкости мембраны. [c.456]

Первые сведения о том, что молекулы липидов в биологической мембране образуют бислой, были получены в ходе простых, но элегантных экспериментов, выполненных в 1925 год) Было показано, что липиды из мембран эритроцитов, экстрагированные ацетоном, всплывают на поверхность воды, образуя пленку. Площадь пленки уменьшали с помощью подвижного барьера до тех пор, пока не формировался сплошной мономолекулярный слой. При этом оказалось, что площадь мопослоя примерно в два раза больше первоначальной площади поверхности клеток. Поскольку единственной мембраной эритроцитов является плазматическая мембрана, экспериментаторы заключили, что молекулы липидов в ней должны быть организованы в виде непрерывного бислоя. Это заключение имело глубокое влияние на всю клеточную биологию. В настоящее время наличие липидного бислоя в клеточных мембранах доказано и более тонкими методами. Например, с помощью рентгеноструктурного анализа было продемонстрировано существование липидных бислоев в высокоорганизованных складках клеточных мембран, которые формируют изолирующую миелиповую оболочку, окружающую нервные клетки (см. разд. 19.2.4). О том, что все биологические мембраны содержат липидные бислой- убедительно свидетельствуют и данные электронно-микроскопических исследований при изучении образцов, приготовленных методом замораживания скалывания, оказалось, что все клеточные мембраны могут быть механически расщеплены как раз между двумя липидными монослоями (см. разд. 6.2.6). Самопроизвольное формирование бислоя является особым свойством молекул липидов, которое реализуется даже вне клетки. [c.350]

Для измерения подвижности отдельных липидных молекул и их частей используются разнообразные методы. Так, к полярной голове молекулы липида можно присоединить спиновую метку , например питроксильпую группу (= N — О), имеющую песпареппый электрон. Спин этого электрона порождает парамагнитный сигнал, обнаруживаемый методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) (принципы этого метода сходны с принципами ядерного магнитного резонанса. ЯМР). Этот метод позволяет легко определить движение и ориентацию в бислое подобного спип-мечеппого липида. Такие исследования показывают, что липидные молекулы в синтетических мембранах чрезвычайно редко перескакивают из одного монослоя мембраны в другой. Любая индивидуальная молекула липида осуществляет подобный пере- [c.352]

В двух рассмотренных примерах диффузия белков и липидов ограничивалась специализированными доменами, расположенными на непрерывной плазматической мембране. У клеток есть и более сильные способы иммобилизации определенных мембранных белков. Это хорошо видно на примере пурпурных мембран Haloba terium. В данном случае молекулы бактериородоисина собраны в большие двумерные кристаллы, в которых отдельные белковые молекулы фиксированы по отпошепию друг к другу. Крупные агрегаты такого типа диффундируют очень медленно. В более общем случае ограничение латеральной подвижности специфических мембранных белков связано с их взаимодействием с макромолекулярными образованиями, находящимися снаружи или внутри клеток Мы уже говорили о том, что некоторые мембранные белки эритроцитов тесно связаны с внутренним цитоскелетом В клетках других типов белки плазматической мембраны могут быть также связаны с цитоскелетом или внеклеточным матриксом, либо и с тем и с другим. Четыре известных способа иммобилизации специфических мембранных белков показаны на рис. 6-38. [c.376]

Принимая во внимание высокое содержание в липидах мембран дисков ненасыщенных жирных кислот, можно ожидать, что липидная фаза мембраны при физиологических условиях находится в жидком состоянии и молекулы родопсина обладают определенной степенью подвижности. Подтвердил это положение интересный эксперимент, проведенный Брауном. Сетчатка, предварительно обработанная глютаровым альдегидом, связывающим белковые молекулы поперечными сшивками, практически устраняющими движение компонентов мембраны относительно друг друга, облучалась поляризованным светом с вектором, параллельным оси палочек. В противоположность интактиой сетчатке ее фиксированные препараты обнаруживали сильное увеличение дихроизма по мере выцветания родопсина. В таких условиях свет вызывал обесцвечивание преимущественно тех молекул родопсина, осцилляторы поглощения которых ориентированы параллельно вектору поляризованного света, что и привело к усилению дихроизма. В интактной мембране селективное обесцвечивание было выражено слабо вследствие вращательных движений родопсина в липидной фазе. [c.124]

Изучение физико-химических свойств мембран удобно проводить на моделях монослоев, которые получаются при нанесении липидов на поверхность воды. Повышение давления и уплотнение монослоя приводят к тому, что подвижность углеводородных цепочек уменьшается, их взаимодействие друг с другом растет, а полярные головки фиксируются на поверхности раздела фаз. В пределе происходит такое уплотнение монослоя, где плошадь поперечного сечения молекулы липида не зависит от длины углеводородной цепи. Монослой представляет собой лишь половину липидного бислоя мембраны, и более удобной моделью служат различные искусственные бислойные липидные мембраны (БЛМ). Плоские ламеллярные структуры, могут сливаться, образуя замкнутые везикулярные частицы (липосомы), в которых липидные бислои отделяют внутреннюю водную фазу от наружного раствора. В везикулярные частицы можно встраивать белковые молекулы и другие компоненты биологических мембран для изучения механизмов их функционирования в биомембранах. Плоские БЛМ используются для изучения барьерных функций, электромеханических характеристик, а также межмолекулярных взаимодействий в мембранах. Электростатические взаимодействия осуществляются между заряженными группами либо в пределах одного полуслоя (латеральные), либо между разными слоями (трансмембранные). Дисперсионные вандерваальсовы взаимодействия между поверхностями мембран обнаруживаются на расстояниях до 1000 А. Это значительно превышает расстояния, где проявляется [c.131]

Существенным для понимания всех аспектов переноса электронов в мембранах, а также сопряженных с ним процессов является вращательная и латеральная диффузия не только подвижных переносчиков, но и отдельных комплексов и их агрегатов. Подвижность комплексов приводит к тому, что теряет смысл понятие единой структурной электронтранспортной цепи, так как стехиометрия взаимодействия комплексов определена лишь в среднем и может меняться при изменении внешних условий. Если регулируемая условиями внешней среды латеральная асимметрия в распределении комплексов переносчиков достаточно хорошо установлена для фотосинтетического аппарата высших растений, то, несомненно, аналогичные процессы регулирования пространственной обособленности отдельных реакций могут происходить и у фотосинтезрфующих бактерий и митохондрий. Динамическая организация электронного транспорта, проявляющаяся в процессах агрегации— дезагрегации как отдельных переносчиков электронов с комплексами, так и самих комплексов, приводит к быстрому и высокоэффективному переносу электронов (внутри комплексов), увеличивает надежность функционирования цепи переноса электронов, обеспечивая возможность замены вышедших из строя элементов, а также их встраивание в процессе б иогенеза и, кроме того, обеспечивает возможность эффективных способов регуляции транспорта электронов за счет изменения степени агрегации комплексов, их пространственной обособленности и взаимного положения в мембране. Асимметричная латеральная и трансмембранная организация комплексов в мембране может направленно регулироваться такими факторами, как липидный состав мембраны, соотношение липид/белок, микровязкость, энзиматическая модификация белков, ионный состав среды и др. [c.286]

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 10 —10 см /с. Полярные головки образуют на поверхности короткоживу-щие (10 —10 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 (Оеепеп, 1981). Только селективное взаимодействие с интефальными 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 [c.110]

В ТО-е гг. первым исследованием упаковки липидов вблизи мембранного белка в небольпаих временных интервалах (< 10 с) было определение подвижности спин-меченной жирной кислоты в реконструированной системе цитохромоксидаза — эндогенные митохондриальные фосфолипиды методом ЭПР. В дальнейшем подобные эксперименты проводились с использованием цито-хромоксидазы и цитохрома и липидных бислоев, содержаш их грамицидин А, а также мембраны микросом печени крысы, эритроцитов, вирусов Синдбис и везикулярного стоматита. Было показано, что значительная часть липидов в этих мембранах иммобилизована за счет белок-липидных взаимодействий. Количество иммобилизованных липидов при температурах 20—40 °С составляет примерно 0,2 мг на 1 мг белка (47 молекул фосфолипидов на белковый комплекс) цитохромоксидазы, что соответствует приблизительно одному слою липидов вокруг белковой глобулы. Примерно такое же количество (45—90) молекул иммобилизуется за счет взаимодействия с Са -АТФазой саркоплазматического ре-тикулума. Понижение температуры может приводить к возрастанию количества иммобилизованных липидов в 2—3 раза. [c.59]

Противоречивые данные получены также при исследовании избирательности связывания белков с различными фосфолипидами. Так, селективность взаимодействия фосфолипидов, несущих определенные полярные группы, была выявлена для родопсина, На+, К -АТФазы из 8диа1из a antus, цитохром-с-оксидазы, Са +-АТФазы. Вместе с тем многочисленные эксперименты по реактивации выделенных мембранных ферментов путем добавления экзогенных липидов и детергентов показали, что в большинстве случаев не существует специфических белок-липидных взаимодействий, обеспечивающих ферментативную активность разные типы липидов могут одинаково влиять на функционирование мембраносвязанных белков. Несмотря на то, что взаимодействие липидов с интегральными белками носит в основном гидрофобный характер, электростатические силы связывания заряженной гидрофильной части белковой молекулы и полярных групп окружающих липидов могут существенно влиять на характер липидного микроокружения белка. Кроме того, для активирующего действия липидов по отношению к некоторым мембранным ферментам важны такие факторы, как степень подвижности ацильных цепей и способность липидов образовывать мицеллы. По-видимому, сродство разных липидных молекул к белкам мембраны определяется не спецификой белков, а спецификой липидных молекул. [c.60]

ПОЛ представляет собой один из важнейших универсальных процессов повреждения мембранных систем, изменяющий химический состав, физические параметры, ультраструктзфную организацию и функциональные характеристики биомембран. ПОЛ вызывает обновление липидного состава мембран вследствие удаления легко окисляющихся липидов — фосфатидилсерина, фосфатидилэтаноламина, фосфатидилинозитола. При ПОЛ возрастает скорость процессов флип-флоп -переходов. ПОЛ приводит к увеличению вязкости мембран в результате уменьшения содержания жидких липвдов в бислойных участках, появления поперечных межмолекулярных сшивок и возрастания доли упорядоченных липидов с ограниченной подвижностью. Отрицательный заряд на поверхности мембран увеличивается, что обусловлено вторичными продуктами ПОЛ (эпоксиды, кетоны, малоновый диальдегид и др.), содержащими карбонильные и карбоксильные группы. Мембраны эритроцитов, митохондрий, саркоплазматического ретикулума, лизосом становятся проницаемыми для различных ионов, неэлектролитов, макромолекул. Изменяются свойства мембранных белков Са -АТФазы, Ка , К - АТФазы, родопсина, фосфолипазы. Эти функциональные проявления ПОЛ определяют формирование многих патологических состояний организма, возникающих при неблагоприятных условиях и повреждающих воздействиях. [c.106]

К группе естественных модификаторов, изменяющих липидный состав мембран в нативной клетке, относятся липид переносящие белки, ферменты обмена фосфолипидов — фосфолипазы, диметилазы и др., а также системы обмена холестерина. Вследствие их деятельности осуществляются выраженное изменение содержания лизоформ отдельных липидов, накопление в бислое жирных кислот, обладающих детергентным действием, изменение соотношения фосфатидилхолин/фосфатидилэтаноламин и фосфолипиды/холестерин. Все эти факторы управляют микро-вязкостью мембраны и оказывают влияние на подвижность ее компонентов, [c.157]

Метод ЯМР основан на резонансном поглощении в сильном внешнем магнитном поле энергии электромагнитного радиочастотного поля системой атомных ядер, обладающих магнитным моментом. Он позволяет получать сведения о подвижности молекул липидов биомембран, об упаковке фосфолипидных молекул в бислое, используется для регистрации изменений значения pH в частицах малого размера (искусственные мембраны, митохондрии), изучать процессы латеральной диффузии липидов и трансбислойного движения ( флип-флоп -переходы) молекул. [c.205]

При переходе в жидко-кристаллическое состояние имеет место несколько одновременных событий возрастает подвижность полярных фупп липидов, увеличивается вращательная подвижность жирнокислотных радикалов относительно С—С-связей, увеличивается скорость латеральной диффузии. Это приводит к изменению геомефических размеров бислоя из-за латерального расширения площади, занимаемой каждой молекулой липида. Например, площадь, занимаемая 2С]5-фосфати-дилхолином, меняется от 0,49 до 0,58 нм , среднее расстояние между цепями увеличивается от 0,49 до 0,52 нм, а толщина углеводородного скелета уменьшается почти на 0,5 нм, т.е. латеральное расширение компенсируется утончением слоя. Гидрофобный объем мембраны увеличивается примерно на 1,5%. [c.106]

Распространенным флуоресцентным зондом, используемым для измерения микровязкости мембран по легкости его эксимеризации, является пирен (рис. 32). Пирен концентрируется в гидрофобных компартментах мембраны, располагаясь между жирнокислотными цепями липидов, его эксимеризация пропорциональна подвижности молекул в бислое, поэтому при прочих равных условиях и неизменной концентрации пирена его эксимеризация может служить характеристикой микровязкости мембраны. [c.78]

К группе модификаторов, изменяющих липидный состав мембран, относятся липидпереносящие белки, ферменты обмена фосфолипидов — фосфолипазы, метилазы и пр., а также системы обмена холестерина. Вследствие их деятельности осуществляется выраженное изменение содержания лизоформ отдельных липидов, накопление в бислое жирных кислот, обладающих детергентным действием, изменение отношения фосфатидилхолин фосфатидилэтаноламии или фосфолипидов к холестерину. Все эти факторы, как отмечалось ранее, управляют микровязкостью мембраны и подвижностью ее компонентов. Изменение микровязкости оказывается существенным не только для состояния внутримембранных структур, но и для взаимодействия мембран друг с другом. Так, агрегации тромбоцитов среди прочих факторов предшествуют активация фосфолипазы и накопление лизофосфолипидов, облегчающее межмембранные контакты. [c.86]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология