Особенности структуры и функций мембранных рецепторов

Все биологические мембраны, включая плазматическую мембран и внутренние мембраны эукариотических клеток, имеют общие структурные особенности они представляют собой ансамбли липидных и белковых молекул, удерживаемых вместе с помощью нековалентных взаимодействий. Благодаря этим взаимодействиям поддерживается структурная целостность мембран Однако сами по себе клеточные мембраны являются подвижными, текучими структурами и большинство входящих в их состав молекул способны перемещаться в плоскости мембраны. Как показано на рис. 6-1, липидные молекулы образуют непрерывный двойной слой толщиной около 5 нм. Липидный бислой - это основная структура мембраны, которая и создает относительно непроницаемый барьер для большинства водорастворимых молекул. Белковые молекулы как бы растворены в липидном бислое. С их помощью выполняются разнообразные функции мембраны. Одни мембранные белки обеспечивают транспорт молекул внутрь клетки или из нее, другие являются ферментами и катализируют ассоциированные с мембраной реакции. Еще один класс белков осуществляет структурную связь плазматической мембраны с цитоскелетом, с одной стороны, и(или) с внеклеточным матриксом либо с соседней клеткой - с другой. Отдельную группу составляют белки, выполняющие роль рецепторов для получения и преобразования химических сигналов из окружающей среды. Как и следовало ожидать, мембраны асимметричны оба их слоя различаются по липидному и белковому составу, что отражает, по-видимому, функциональные различия их поверхностей. [c.349]

Участие компонентов биомембран в осуществлении и регулировании метаболических процессов в клетке. Общая характеристика процессов передачи информации в клетке. Понятие о первичных и вторичных мессенджерах. Классификация, особенности структурно-функциональной организации мембранных белков-рецепторов. Характеристика аденилатциклазного и фосфо-инозитидного пути передачи сигнала в клетку. Роль ионов в осуществлении метаболических процессов с участием мембран. Адсорбционный тип регуляции метаболизма. Понятие о метаболоне, физиологическое значение его образования. Пространствен-но-структурная организация ферментных систем клетки (на примере гликолитического комплекса и цикла Кребса), Экспериментальные исследования взаимодействия ферментов гликолиза с различными структурными компонентами клетки. Модели структуры гликолитического комплекса в скелетных мышцах и на внутренней поверхности мембран эритроцитов. Эстафетный механизм работы ферментов в клетке. Механизмы регулирования функциональной активности векторных ферментов биомембран. Пути нейрогуморальной регуляции функций клеток. [c.284]

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]

Особенности структуры и функций мембранных рецепторов [c.65]

Используя лиганды, меченные радиоактивными атомами, флуоресцентными красителями или электроноплотными частицами (типа коллоидного золота), можно изучать распределение рецепторов на поверхности клетки. Было показано, что число рецепторов для конкретного лиганда может варьировать в пределах от 500 до более чем 100000 на клетку и что они либо располагаются на мембране случайным образом, либо сосредоточены в определенных ее участках. Подобно другим мембранным белкам, рецепторы клеточной иоверхности с трудом поддаются вьщелению в чистом виде и изучению, особенно в связи с тем, что они составляют менее 0,1% обшей массы белка плазматической мембраны. Методы клонирования носледовательностей ДПК, кодирующих поверхностные рецепторы, и здесь позволили преодолеть многие трудности и в корне изменили наши представления о структуре и функциях рецепторов. [c.353]

Предлагаемый вниманию читателя учебник написан известным американским биохимиком Д. Мецлером. Автор поставил перед собой цель дать анализ структур, функций и процессов, характерных для живой клетки, с позиций современной биоорганической химии и молекулярной физики. Он концентрирует внимание на всестороннем рассмотрении протекающих в клетках химических реакций, на ферментах, катализирующих эти реакции, основных принципах обмена веществ и энергии. Впервые приведена классификация химических механизмов ферментативных реакций (нуклеофильное замещение, реакции присоединения, реакции элиминирования, реакции изомеризации и др.). В этом наиболее наглядно проявилась особенность рассмотрения биохимических проблем с позиций биоорганика. Обстоятельно изложены многие вопросы, которым прежде не уделяли должного внимания в курсе биохимии. Это касается в частности количественной оценки сил межмолекулярно-го взаимодействия, принципов упаковки молекул в надмолекулярных структурах (самосборка), кооперативных структурных изменений макромолекул и их комплексов. Приведены основные сведения о структуре и функциях клеточных мембран, об антигенах и рецепторах клеточных поверхностей. Весьма подробно рассмотрены также вопросы фотосинтеза, зрения и ряда других биологических процессов, связанных с поглощением света при этом охарактеризована природа некоторых физических явлений, наблюдаемых при взаимодействии света и вещества. [c.5]

Описанные в данной главе эксперименты свидетельствуют в пользу использования in vitro мутагенеза клонированных генов НА для изучения функции гидрофобных областей белка. Существуют многочисленные возможности распространения этой технологии на другие участки молекулы, включая пептид слияния, антигенные сайты, сайт связывания рецептора и точки прикрепления углевода. Точный анализ роли индивидуальных аминокислот в структуре и функции белка может быть проведен при введении изменений в одном основании в определенных сайтах в гене НА с использованием олигонуклеотидуправляемого мутагенеза [32]. Хотя подобные эксперименты будут особенно уместны для нашего анализа молекулы НА, эти дополнительные результаты весьма ценны для понимания структуры и функции цельных мембранных белков в общем смысле. Не говоря об особенных свойствах, связанных с антиген-ностью и биологическим значением, структура молекулы НА характерна для основного класса клеточных мембранных белков. Более того, поскольку биосинтез НА включает ферменты клетки хозяина и процессы во время трансляции, мембранного транспорта, гликозилирования и созревания, НА представляет собой полезную модель для изучения мембранных белков и органелл. [c.184]

Используя приведенные выше данные, можно провести сравнение пространственных структур ряда функционально неродственных белков, таких, как, например, Ка , К+-АТРаза почек, белок быстрых натриевых каналов и аденилатциклаза мозга. Их объединяет то, что все они относятся к интегральным мембранным белкам и выполняемые ими функции имеют трансмембранный характер перенос веществ или передача химических сигналов. По-видимому, благодаря этому их пространственная организация имеет ряд общих особенностей. Все они содержат в своем составе гидрофобный сегмент, локализованный в средней части молекулы. Значительные части полипептидной цепи экспонированы на обеих мембранных поверхностях. Причем в некоторых случаях, таких, как, например, аденилатциклаза, одна полипептидная цепь образует три последовательно расположенных домена надмембранный, мембранный и внутриклеточный. В других, — например, Ка" , К -АТРаза, внутриклеточный домен образован а-субъе-диницей, тогда как Р-субъединица экспонирована практически целиком на внешней мембранной поверхности. Аналогичные особенности строения прослеживаются также и для других белков, функции которых имеют трансмембранный характер (ацетилхолиновый рецептор, цитохром-с-оксидаза или цитохром-редуктаза). [c.214]

Известно, что клетка млекопитающих способна синтезировать ориентировочно З-Ю" различных белков и экспрессировать до 5-10 этих белковых молекул на плазматической мембране в любой момент времени. Совершенно очевидно, что наши представления о биологии мембран лимфоцитов далеко не полны. Это особенно четко видно на примере исследования связей между мембранными структурами и их функциями. Например, в предпринятых недавно попытках создать каталог компонентов мембран выявилось большое число молекул с неизвестной функцией, так называемых молекул- сирот . Эти молекулы были идентифицированы при использовании некоторых схем очистки, но их функциональная роль остается неясной. Обычно при иммунопреципитации с использованием моноклональных антител (МА) против целых клеток нлп мембранных везикул выявляется новая детерминанта, и после этого соответствующие МА пытаются использовать в качестве индукторов или ингибиторов в каком-либо тесте функциональной активности лимфоцитов. Модулируемые МА проявления активности лимфоцитов позволили выяснить связь некоторых неисследованных ранее компонентов плазматических мембран с физиологическими процессами. Примерами таких компонентов мембран могут служить молекула ЬуЬ 2 (ЗиЬЬагао, Мо51ег, 1982), семейство высокомолекулярных гликопротеинов Ьу5 (Уакига е1 а ., 1983) и Т11-рецептор (эритроцитарный) (Меиег е а1., 1984), Однако функции большинства охарактеризованных к настоящему времени мембранных компонентов остаются неизвестными. [c.173]

Важную роль в организации межклеточного матрикса ифает фибронектин. Благодаря особенностям своей структуры он может связываться с коллагеном, гиалуроновой кислотой, протеогликанами и рецепторами плазматических мембран клеток. Биологическое значение этих и других минорных компонентов хрящевого матрикса заключается в сборке и организации высокомолекулярных компонентов межклеточного вещества, а также регуляции функции хондроцитов. [c.173]

Механизм влияния коллагена на клетки еще не совсем ясен. Большинство исследователей полагает, что здесь играют роль физические характеристики коллагена, прежде всего пьезоэлектрические свойства, влияющие на заряд наружных мембран клеток, а также наличие рецепторов к коллагену на поверхности клеток. Такие рецепторы найдены на поверхности тромбоцитов [ haing J., Kang A. М., 1976], а в фибробластах рецепторами могут являться мембранный коллаген и особенно фибронектин (см. раздел 1.1.4). В настоящее время возможность информативной функции коллагена связывается с наличием гетерогенности этого белка в разных органах и даже в одном органе (см. раздел 2.2.1). Смена типов коллагена при развитии органов, по-видимому, связана с его морфогенетической функцией. Информация, таким образом, может быть записана уже на уровне первичной структуры, причем, очевидно, имеют значение не только четыре основных генетически различных типа, но и микрогетерогенность, т. е. наличие многочисленных небольших молекулярных различий внутри типов. [c.175]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология