Исследование липидных областей мембран

Возникновение хемиосмотической гипотезы вызвало значительные перемены в подходе к изучению процессов, связанных с транспортом ионов. Из области исследования вторичных явлений, побочных реакций энергетического сопряжения, изучение энергозависимого транспорта ионов превратилось в центральную проблему биоэнергетики. Так, в частности, после сравнения действия ионофоров и жирорастворимых ионов на сопрягающие мембраны и на искусственные липидные бислои был сделан вывод о первичной роли в сопряжении трансмембранного потенциала. В этой главе мы рассмотрим основные свойства проницаемости мембран и действие ионофоров, создающих дополнительные специфические пути проникновения для ионов. [c.30]

Одно из самых значительных достижений рентгеноструктурного анализа белков последних лет, которое не может не повлиять на дальнейшее развитие биологии и становление ее новой области -молекулярной биологии клетки, состоит в начавшейся расшифровке трехмерных структур первых мембранных белков. Перед обсуждением полученных здесь результатов целесообразно кратко сообщить о том, что было известно об этих белках до исследования их с помощью рентгеновской дифракции. Если основные структурные особенности биологических мембран определяются молекулами липидного бислоя, то специфические функции мембран выполняются главным образом белками. Они ответственны за процессы превращения энергии, выступают в качестве рецепторов и ферментов, образуют каналы активного и пассивного транспорта молекул и ионов различных веществ через мембраны, охраняют организм от проникновения чужеродных антигенов и стимулируют иммунный ответ клеточного типа. В обычной плазматической мембране белок составляет около 50% ее массы. Однако в некоторых мембранах, например во внутренних мембранах митохондрий и хлоропластов, его содержание поднимается до 75%, а в других, например миелиновой мембране, снижается до 25%. Многие мембранные белки пронизывают липидный бислой насквозь и контактируют с водной средой по обеим сторонам мембраны. Молекулы этих белков, называемых трансмембранными, как и окружающие их молекулы липидов, обладают амфипатическими свойствами, поскольку содержат гидрофобные участки, взаимодействующие внутри бислоя с гидрофобными хвостами липидов, и гидрофильные участки, обращенные к воде с обеих сторон мембраны. Другая группа мембранных белков соприкасается с водой только с одной стороны бислоя [234, 235]. Одни из них погружены только во внешний или во внутренний слой мембраны, другие ассоциированы за счет невалентных взаимодействий с трансмембранными белками, третьи прикреплены к мембране с помощью ковалентно связанных с ними цепей жирных кислот, внедренных в липидный слой. [c.56]

Разобранные выше примеры показывают, сколь успешно метод спинового зонда используется для исследования липидных областей мембраны и для контроля других компонент мембраны и мембраны в целом по состоянию этих областей. Значительно сложнее оказалось использовать метод спинового зонда для непосредственного изучения белковых компонент мебраны. [c.181]

В последние годы метод спинового зонда успешно используется и при изучении молекулярных основ действия лекарственных препаратов на мембраны. Так, например, исследование эритроцитар-ных мембран с помощью целого ряда радикалов-зондов показало, что местные анестетики, такие, например, как бензилалкоголь, тетрацеин и ксилокаин, приводят к разжижению липидных областей мембраны [184]. [c.180]

Ярким примером, иллюстрирующим чрезвычайно высокую чувствительность спинового зонда в изучении конформационных перестроек мембран, служит работа [185], в которой с помощью зонда СП(10,3) исследовано влияние двух очень близких по структуре лекарственных препаратов — простогландина и Ег на состояние эритроцитарной мембраны. Исследование степени упорядоченности этого зонда, проведенное при очень низких концентрациях исследованных биологически активных веществ —10 М), показало противоположный характер действия этих веществ на состояние липидных областей мембраны. Исследование зависимости этого эффекта от ионного состава среды позволило авторам работы [185] сделать ряд выводов о механизме ре- [c.180]

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]

Изучение -пбдвижности спин-меченых молекул лецитина в мембранах подтверждает этот вывод. Так, в работе [170], при исследовании обменного уширения спектров ЭПР молекул спин-меченого лецитина III, включенных в липидные области мембран саркоплазматического ретикулума, обнаружено, что коэффициент поступательной диффузии этого зонда, измеренный при 37° С, составляет 6-10" смУсек, что близко к значениям для коэффициентов поступательной диффузии того же зонда вдоль липидного слоя, приведенным в разделе IV.3. К тому же скорость перехода спин-меченых молекул фосфолипида с одной стороны биологической мембраны на другую, как и в жидкокристаллических липидных бислоях, оказалась на много порядков меньше скорости поступательной диффузии молекул фосфолипида на то же рассто-ние [175]. [c.178]