Представления о структуре биологических мембран

Современное представление о структуре мембраны. Совокупность результатов, полученных физическими и химическими методами исследования, дала возможность предложить новую жидкостно-мозаичную модель строения биологических мембран (Сингер и Никольсон, 1972 г.). Согласно Сингеру и Николь-сону, структурную основу биологической мембраны образует двойной слой фосфолипидов, инкрустированный белками (рис. [c.13]

В последние годы весьма перспективной считается жидкостно-мозаичная модель структуры биологических мембран, предложенная в 1966 г. Д. Ленардом и С. Сингером, первоначальный вид которой представлен на рис. 1. Основу мембраны, согласно жидкостно-мозаичной модели, составляет двойной липидный слой. Большая часть мембранных белков имеет амфипатическую природу и образует глобулы, в которые могут включаться олигосахариды или специфические липиды с образованием гликопротеидов. Глобулы погружены в бимолекулярный липидный слой, причем некоторые из белков (интегральные) пронизывают пространство мембраны насквозь. Если представить, что мы смотрим на поверхность такой мембраны, то чередующиеся участки белков и липидов как бы создают мозаичную картину. Большая часть фосфолипидов представляет собой прерывистый двойной слой, полярные группы которого находятся в контакте с водой небольшая же их часть может жестко связываться с интегральными белками. Впо- лне возможно, что изменение фазового состояния липидного бислоя может вследствие, например, температурного фактора передаваться на интегральные белки и изменять их форму. [c.37]

Итак, нам предстоит выяснить еще очень многое о молекулярных компонентах и о свойствах энергопреобразующих мембран в митохондриях, бактериальных клетках и хлоропластах. Когда-нибудь, после проведения многих экспериментов и проверки новых идей, мы получим ответы на эти вопросы, но пока их у нас еще нет и виной тому в значительной мере сложная структура внутренней мембраны. Таков путь научного поиска исследователи строят свои гипотезы, отталкиваясь от экспериментальных наблюдений, а затем проверяют их вновь и вновь, чтобы удостовериться в том, что ни один обнаруженный факт не остался без надлежащего объяснения. В известном смысле можно сказать, что биологическое исследование по-настоящему никогда не кончается. Нередко то, что представлялось нам твердо установленным, оказывается всего лишь неким приближением к истине, только шагом на пути к лучшему пониманию, открывающемуся с появлением новых фактов и новых представлений. Исследование молекулярной логики живых клеток-поистине безграничная область. [c.533]

Ранее предполагалось, что свойства биологических мембран во многом определяются структурой именно липидного бислоя, так что общая замкнутая фаница живой клетки подобна мыльному пузырю. За последние 20 лет в результате детального исследования строения и подвижности компонентов, входящих в состав биологических мембран, произошли существенные изменения в представлениях о структуре и функциях клеточной мембраны. Функциональное значение липидного бислоя оказалось значительно шире, чем значение гидрофобной перегородки между внутренним пространством клетки и внешней средой. [c.110]

До сих пор в центре нашего внимания были термодинамические аспекты образования мицелл и двойных слоев. Чтобы получить представление о структуре бислоя на молекулярном уровне и установить ее связь с функциями мембраны, необходимо использовать структурные и кинетические методы, которые позволяют понять особенности упаковки отдельных углеводородных цепей и их динамических свойств. Наиболее ценными методами являются рентгеноструктурный анализ, ЭПР и ЯМР. Результаты, полученные этими методами, позволили построить достаточно детальную модель липидных бислоев, которая лежит в основе наших представлений о функционировании природных биологических мембран. (В гл. 4 описана структура фосфолипидов, о которых пойдет речь ниже.) [c.462]

Трудно переоценить крайнюю сложность структуры биологической мембраны. На рис. 72 сделана попытка показать, насколько разнообразны встречающиеся в мембране частицы, хотя и предложено явно упрощенное представление реальной структуры мембраны, поскольку изображено лишь несколько особенно характерных частиц. Такая модель биологической мембраны предложена Н. Ти Тьеном и образно названа им шоп-суи . Может показаться, что задача изучения столь сложной и запутанной системы превышает человеческие возможности. -Однако, отказавшись от этой задачи, ученые лишили бы себя надежды разобраться в основных биологических процессах. Весьма обнадеживает возможность упрощения этой сложной системы путем выделения и искусственной сборки ее отдельных частей и структурных элементов. [c.186]

Значительным щагом вперед в понимании структуры и функции мембран следует считать осознание того, что биологические мембраны -это двумерные жидкости. Однако ясно, что представление о мембране как о липидном море, в котором свободно плавают белки, оказалось сильно упрощенным. Многие клетки обладают способностью удерживать мембранные белки в специфических доменах в непрерывном липидном бислое. Например, в эпителиальных клетках, выстилающих кишечник или почечные канальцы, некоторые ферменты плазматической мембраны и транспортные белки располагаются только на апикальной поверхности клеток, тогда как другие - только на базальной и латеральной (рис. 6-36). Такое асимметричное распределение мембранных белков существенно для функционирования эпителия (мы обсудим )то позже, см. разд. 6.4.11). Липидный состав этих двух мембранных доменов также различен, что указывает на то, что эпителиальные клетки могут ограничивать диффузию между доменами как молекул белка, так и молекул липидов (хотя эксперименты с мечеными молекулами липидов наводят на мысль, что это справедливо лишь для липидных молекул внешнего монослоя мембраны). Такое пространственное разделение белков и липидов, по-видимому, поддерживается (по крайней мере частично) благо- [c.375]

Эффект Ганна — преобразование полупроводником (во всем объеме образца, а не в узкой части р-п-перехода, как в обычных полупроводниковых структурах) мощности постоянного члектрического тока в электрические колебания сверхвысоких частот (порядка 10"—Ю " Гц) [32]. Предложено использовать представления об эффекте для объяснения способности биологических структур, например мембраны нервного волокна, преобразовывать постоянный ток в серию нервных импульсов [74]. Искусственным возбудимым мембранам также свойственна эта способность [61]. И в искусственных, и в биологических мембранах, как и в полупроводниковом образце, частота электрических колебаний тем выше, чем больше сила тока, пропускаемого через образец. Эффект Ганна также представляет интерес в плане изучения информационных процессов в организме, в частности процессов кодирования в рецепторах органов чувств. Так, адекватный раздражитель вызывает в рецепторе рецепторный потенциал, который генерирует в нервных волокнах серии импульсов [74]. [c.159]

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]

Межмолекулярные взаимодействия в тонких пленках и мембранах. Уже простой анализ действия факторов, приводящих к дезинтеграции тонких углеводородных пленок и биологических мембран, позволяет получить определенное представление об особенностях различных межмолекулярных взаимодействий (электростатические и ван-дер-ваальсовы), формирующих эти структуры (см. гл. VIII). В мембранных системах электростатические взаимодействия осуществляются между анионными липидами, амино- и SH-группами аминокислотных остатков белков (положительный заряд), а-карбоксильными группами сиаловой кислоты (отрицательный заряд) и т. д. Условно выделяют три типа электростатических взаимодействий в мембранных системах латеральное, или тангенциальное взаимодействие заряженных групп молекул, которые расположены в одном полуслов мембран трансмембранное взаимодействие заряженных групп, расположенных по разные стороны мембраны межмембранное взаимодействие заряженных групп, расположенных на поверхности двух соседних мембран. [c.20]

Изучение критического состояния липидного бислоя раскрывает биологический смысл этого явления. Считается, что на начальных этапах эволюции клеточных структур формировались липидные везикулы, мембраны которых, как это следует из рассмотренного выше, способны были обеспечивать такие важные функции клетки, как проницаемость и генерацию мембранных потенциалов ионной природы. Однако чистые липидные пленки хрупки, и их стабильность в сильной степени зависит от внешних условий. Для предотвращения разрушения липидного бислоя в состоянии стресса в клетке и выработалась система стабилизации. Во-первых, жирнокислотные радикалы, входящие в соотав молекулы природного фосфолипида, как правило, различаются по насыщенности один радикал представлен насыщенной жирной кислотой, второй — ненасыщенной. Это обеспечивает жидкостное состояние липидного бислоя во всем диапазоне физиологических температур, поскольку область фазового перехода таких липидов находится ниже О °С. Во-вторых, в большинстве мембран содержится холестерин, который, как известно, резко расширяет температурный диапазон фазового перехода, а при его эквимолярном содержании в количестве по отношению к фосфолипидам — даже исключает такой переход. В-третьих, образованию насыщенных продуктов в результате перекисного окисления препятствует набор мембранных антиоксидантов. И, наконец, специальные ферменты — фосфолипазы — способны полностью изменить фосфолипидный портрет мембраны, модифицируя как жирнокиолотные радикалы (фосфолипаза А), так и полярные головки (фосфолипаза Д). Совершенно очевидно, что нарушение какого-либо из указанных элементов этой системы стабилизации может разрушить биологическую мембрану, что может привести клетку в состояние патологии. [c.36]

Взаимодействие клеточных мембран. В обычных физиологических условиях слияние клеточных мембран является важным биологическим процессом, лежащим в основе таких явлений как экзоцитоз гормонов, ферментов, нейротрансмедиаторов, а также при образовании гигантских клеток в воспалительных процессах, при внедрении вирусов, обладающих оболочкой, в клетки хозяев (вирус СПИД). Рассмотренные выше механизмы действия электрических полей на бислойные мембраны и клетки дают представление о физико-химических факторах, влияющих на взаимодействие клеточных мембран, которые приводят к их слиянию. Однако, конкретные молекулярные механизмы этого биологического явления намного сложнее. Основная особенность состоит в активном участии специальных мембранных белков в процессе слияния. В качестве примера рассмотрим роль гемоагглютинина (ГА) вируса простудных заболеваний (Уайт, 1992). Молекула этого белка состоит из трех субъединиц, каждая из которых содержит пептид с большим количеством гидрофобных аминокислот. Г А играет важную роль в первичном связывании вируса и атакуемой им клетки. Вследствие изменения третичной структуры Г А вируса происходит освобождение его глобулярных пептидов и их присоединение к мембране атакуемой клетки. [c.46]

Специфический аппарат, выработанный в ходе эволюции и предназначенный для реализации действия фотопродуктов и стыковки их с основными процессами жизнедеятельности, обычно представлен в физиологических реакциях, а в повреждающих, деструктивных, отсутствует. Здесь сдвиги в метаболизме наступают вследствие прямого повреждения жизненно важных биологических структур (ДНК, РНК, белков, мембраны), которые уже не выполняют или выполняют неправильно свои обычные темновые функции. Более того, для самого уникального и ключевого биополимера (ДНК) природа позаботилась о создании антиусилительного , ослабительно-го аппарата, включающего несколько реагирующих систем, которые активно устраняют фотохимические дефекты макромолекулы.. [c.373]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология