Мембранные латеральная диффузия

В мембране, где представлены разные классы липидов, переход фазы осуществляется в широком интервале температуры, в котором одновременно существуют области, где молекулы находятся в состоянии геля, а другие — в состоянии жидкого кристалла. Этот фазовый раздел обусловлен быстротой латеральной диффузии (в плоскости бимолекулярного слоя) липидов в жидкостно-кристаллическом состоянии. [c.310]

Динамическое состояние липидного бислоя, являющееся основой функционирования мембраны, определяется целым рядом факторов вращательной и латеральной диффузией отдельных молекул фосфолипидов, подвижностью их углеводородных цепей, транс-гош-изомеризацией остатков жирных кислот. Лабильность мембранных белков, в свою очередь, зависит от фазового состояния и вязкости липидного матрикса мембраны. С помощью метода ЭПР показано, что для молекул фосфолипидов в мембранах характерны движения двух типов [c.22]

Диффузионное перемещение молекул липидов вдоль слоя, обычно называемое латеральной диффузией, также совершается достаточно быстро. Коэффициент латеральной диффузии П спин-меченых и флуоресцентных фосфолипидных зондов во многих искусственных и биологических мембранах составляет 10 -10 см /с (табл. XV.4). Среднеквадратичное расстояние, которое молекула проходит вдоль [c.23]

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]

Текучесть мембраны сильно влияет на ее функционирование. При увеличении текучести мембрана становится более проницаемой для воды и других малых гидрофильных молекул, растет скорость латеральной диффузии интегральных белков. Если активный центр интегрального белка, осуществляющий некую функцию, располагается исключительно в гидрофильной его части, то изменение текучести липидов, вероятно, не скажется слишком сильно на активности белка. Но если белок выполняет транспортную функцию и транспортный компонент пересекает мембрану, то изменения свойств липидной фазы могут привести к значительному изменению скорости транспорта. Превосходным примером является зависимость функционирования инсулинового рецептора от текучести мембран (гл. 51). Когда концентрация ненасыщенных жирных кислот в мембране растет (при культивировании клеток в среде, богатой этими соединениями), увеличивается теку- [c.134]

Латеральная диффузия в мембранах [c.70]

Легко вычислить, что при D = 6 х 10 см /с молекула липида за 1 с перемещается по мембране на расстояние порядка 5000 нм, т. е. может обежать всю плазматическую мембрану таких клеток, как эритроцит, Е. соИ и др. Скорость латеральной диффузии существенно зависит от липидного состава мембран и температуры. Так, холестерин, добавленный к яичному лецитину в количестве 30-50 моль, снижает скорость латеральной диффузии более чем в два раза. Энергия активации латеральной диффузии в липосомах из яичного лецитина и мембранах саркоплазматического ретикулума при комнатных температурах составляет 29-46 кДж/моль. При температурах ниже точки плавления углеводородных цепей липида константа латеральной диффузии снижается примерно на порядок и более. [c.24]

Рис. 6-35. Измерение скорости латеральной диффузии гликопротеина плазматической мембраны. А. Спепифический гликопротеин метят флуоресцирующим моновалентным антителом, связывающим только этот белок. После обесцвечивания антител лазерным лучом малого сечения измеряют восстановление интенсивности флуоресценции за счет диффузии обесцвеченных молекул из, а необесцвеченных в область облучения. Б. График, показывающий скорость восстаповлепия флуоресценции Чем больще коэффициент диффузии мембранного гликопротеина, тем быстрее

Динамичность мембран. Липидный бислой представляет собой жидкость, в которой отдельные молекулы липидов способны быстро диффундировать в пределах своего монослоя. Отдельные молекулы мембранных липидов и белков способны свободно перемещаться в мембране, т.е. они сохраняют способность к диффузии. Так, молекулы липидов с высокой скоростью перемещаются в плоскости мембраны латеральная диффузия) на расстояние 2 мкм (длина клетки) за 1 секунду. Они легко меняются местами со своими соседями в пределах одного монослоя примерно 10 раз в секунду. Молекулы белков, так же как и липидов, способны к латеральной диффузии, однако, скорость их диффузии в несколько раз ниже, чем молекул липидов. Перемещение мембранных белков в латеральной плоскости может быть ограничено вследствие притяжения между функционально связанными белками и образования кластеров, что в конечном итоге приводит к их мозаичному распределению в липидном слое. [c.36]

Константы латеральной диффузии липидов в искусственных и природных мембранах [c.23]

Латеральная подвижность белков также существенно ниже, чем липидов. Коэффициенты латеральной диффузии белков в природных мембранах при комнатных температурах обычно находятся в пределах 10 °-10 см /с (табл. XV.5). [c.24]

Константы латеральной диффузии мембранных белков [c.25]

В двухкомпонентных смесях фосфолипидов с сильно различающимися температурами фазовых превращений переходы наблюдаются независимо, а в диапазоне температур между переходами жидкокристаллическая фаза и фаза твердого геля сосуществуют. В разделении фаз на этапе фазового перехода важная роль отводится латеральной диффузии. В более сложных смесях кооперативность перехода становится менее выраженной, и он протекает в достаточно широкой температурной зоне, поскольку холестерин, повышающий плотность упаковки молекул фосфолипидов в жидкокристаллическом бислое, сильно модифицирует мембрану температурные границы фазового перехода фосфолипида в присутствии холестерина размываются (рис. 12). [c.20]

Аксиальное вращение липидных молекул происходит очень быстро с частотой порядка 10 -10 "S тогда как латеральная диффузия осуществляется гораздо медленнее. Тем не менее при среднем коэф, латеральной диффузии липидов ок. 10 см -с , измеренном для мн. М.б., липидной молекуле потребуется всего 1 с, чтобы промигрировать от одного конца клетки до другого. Очень медленно протекает в липидном бислое флип-флоп. Обычно полупериод флип-флопа составляет величины порядка неск. часов или даже дней. Однако в нек-рых мембранах скорость флип-флопа м. б. значительно выше (полупериод 1-2 мин), что объясняется участием определенных интегральных белков в переносе липидных молекул через мембрану. [c.30]

Таким образом, метод ЭПР применяют для изучения фазовых переходов в липидном бислое, микровязкости мембран, подвижности углеводородных цепей, латеральной диффузии и флип-флоп -переходов. Недостаток этого метода заключается в том, что введение зонда изменяет структуру бислоя и свойства мембраны. Метод ЭПР более чувствителен по сравнению с методом ЯМР, так как магнитный момент электрона в 1000 раз выше, чем ядра. [c.207]

Молекулярная организация ганглиозидов в мембране очень динамична, что создает, с одной стороны, некоторую локальную неустойчивость мембраны, а с другой - поддерживает ее целостность. Молекулы ганглиозидов не подвержены флип-флопу, но способны к латеральной диффузии с широко варьирующей скоростью. [c.126]

Поскольку скорости латеральной диффузии белков в биомембранах значительно ниже скорости их диффузии в цитозоле (а следовательно, и время удержания белковых ансамблей в мембране продолжительнее, чем в цитозоле), пространственно-временное распределение ферментов в мембране может контролировать состояние ферментов цитозоля. И в этом смысле мембранные структуры интегрируют клеточный метаболизм. Подчеркнем, что такое метастабильное состояние возможно лишь в живой, метаболизирующей клетке. [c.55]

Особенно детально изучены жидкокристаллические свойства, фоторецепторных мембран, содержащих белок родопсин ( 14.7). Одна молекула родопсина в мембране приходится на 60—90 молекул липидов, из которых 807о содержат ненасыщенную жирную кислоту. Методом вспышечной фотометрии установлено, что молекула родопсина быстро вращается вокруг оси, перпендикулярной к плоскости мембраны. Время такой вращательной диффузии 20 мкс при 20 °С. Изучение выцветания родопсина на свету методом микроспектрофотометрии показало, что в мембране происходит трансляционная латеральная диффузия родопсина. Коэффициент диффузии равен (3.5 1,5) 10 см с , что соответствует вязкости от 0,1 до 0,4 П. Близкое значение имеет вязкость мембран клеток млекопитающих, определенная по трансляционной диффузии, и мембран митохондрий и нервных аксонов. ТакиА образом, вязкость мембран на два или три порядка выше вязкости воды и соответствует вязкости растительного масла. Известны и более вязкие мембраны. [c.337]

Молекулы родопсина пронизывают липидный слой мембран зрительных дисков. Из-за очень низкой вязкости липидного бислоя (100 мПа-с) молекулы пигмента могут совершать быструю латеральную диффузию, а после поглощения кванта света претерпевать значительные конформационные перестройки. Низкая вязкость липидного слоя обусловлена высоким содержанием полиненасыщен-ных жирных кислот. [c.246]

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СПЕКТРА ЭПР ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЛАТЕРАЛЬНОЙ ДИФФУЗИИ В МЕМБРАНАХ [c.468]

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]

Тот факт, что протеины и липиды асимметрично распределены и ориентированы в биомембранах, оказывает большое влияние на перенос вещества. Как протеины, так и липиды сохраняют свою односторонность, т. е. для них не характерны перестановки флип-флоп в бислое. Однако протеины способны участвовать в латеральном движении в пределах своего монослоя. Такая облегченная латеральная диффузия, вероятно, связана с гидрофобной природой мембранных протеинов (по сравнению с водорастворимыми протеинами), которая, в свою очередь, приводит к относительно слабым взаимодействиям. Латеральная диффузия также обусловлена наличием дефектных структур, которые становятся особенно заметными вблизи температуры фазового перехода. Установлено, что асимметрия протеинов возникает в процессе биосинтеза. Протеины, которые находятся на внешней поверхности клетки (экзопротеины), как правило, содержат углеводы, а протеины, которые находятся на внутренней (цитоплазматической) поверхности клеточных мембран (эндопротеины), их не содержат. Углеводороды, по всей вероятности, стабилизируют или блокируют экзопротеины, и по ним также можно опознавать поверхность клетки. Большая часть протеинов располагается на внутренней, а не на внешней поверхности бислоя. [c.326]

В 1979 г, было показано, что белки плазматической мембраны способны к вращательной диффузии - поворотам вокруг оси, перпендикулярной плоскости бислоя, и самопроизвосльному передвижению вдоль плоскости самой мембраны, что получило название "латеральной диффузии". Однако белки не могут совершать так называемые флип-флопы, т.е. перевертываться и перескакивать с одной стороны бислоя на другую. Латеральная диффузия позволяет мембранным белкам совершать перемещения по мембране и взаимодействовать между собой, а также обеспечивает распространение мембранных компонентов из мест их синтеза в другие области клеток. Текучая структура липидного бислоя дает возможность мембранам сливаться, не утрачивая способности к регуляции их проницаемости и реализации специфических функций. [c.56]

Движение рецепторов в плазматической мембране живой клетки может быть экспериментально обнаружено. Так, рецептор можно метить, присоединяя к нему флуоресцирующее соединение (см. 2 гл. X). Вспышка лазера вызывает фотоокисление и отбеливание флуорофора (потеря способности флуоресцировать) на небольшом участке клетки (радиусом 1-2 мкм). Затем происходит восстановление флуоресценции отбеленного участка. Процесс восстановления флуоресценции отражает наплывание в этот участок неотбеленных рецепторов, т. е. свидетельствует об их движении (рис. XXVI. 5). По параметрам восстановления флуоресценции можно рассчитывать коэффициенты латеральной диффузии рецепторов. [c.266]

Нейтральная дважды восстановленная форма хинона Qвii2, так же как и форма <Э в, обладает значительной подвижностью, и вследствие этого может быстро обмениваться на окисленный хинон мембранного пула. Возможность значительной латеральной диффузии хинона подтверждается данными о том, что коэффициенты диффузии для фосфолипидов составляют 10 -10 см с . Это означает, что при двумерной диффузии хинон за 1 мкс смог бы пройти расстояние 0,5-2 нм. В последних работах Феера (1997) было показано, что после восстановления Qв меняет свою позицию, сдвигаясь на 0,45 нм в сторону цитоплазмы и одновременно поворачиваясь на 180° относительно изопренового молекулярного хвоста. Результаты были получены при замораживании световых и темновых образцов РЦ и изучении их рентгенограмм в кристаллизированном состоянии. [c.381]

Рис. 6-34. Измерение скорости латеральной диффузии молекул родопсина в мембранах дисков палочки сетчатки Хромофоры родопсиповых молекул обесцвечиваются на одной стороне клетки затем измеряется скорость, с которой обесцвеченные и необесцвеченные молекулы родопсина

При электронном микроскопировании мембранных фрагментов, содержащих очищенную Ка+, К+-АТРазу, последняя выявляется в виде хаотично расположенных на поверхности мембран глобулярных частиц. Часто из-за эффектов латеральной диффузии происходит агрегация этих частиц и определенные участки мембраны содержат плотно упакованные молекулы (рис. 1.51). Такая агрегация частиц может быть инициирована внешним воздействием, например, инкубацией мембран при пониженной температуре [583]. В определенных условиях агрегация частиц имеет упорядоченный характер наблюдается образование цепочек, ассоциация их между собой и формирование микрокристаллических областей. Для формирования двухмерных кристаллов большей площади необходимо тщательно оптимизировать условия кристаллизационного эксперимента. На+, К+-АТРаза относится к так называемым Е]Е2-ферментам, т.е, может находиться в двух конформационных состояниях. Для кристаллизации необходимо стабилизировать белок в одной из этих конформаций, что достигается добавлением в среду инкубации соответствующих лигандов. Известно, что анионы ванадиевой и фосфорной кислот стабилизируют Na+, К+-АТРазу в кон- [c.176]

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]

Одна из функций липидов в мембране — придание белкам через межмолекулярные взаимодействия оптимальной конформации для функциональной активности (каталитической, транспортной, иммунологической). Липиды могут непосредственно участвовать в катализе. Липидный бислой определяет размещение белков, создает условия для их латерального перемещения и через фазовые переходы выполняет регуляторные функции. Жидкостность липидов влияет как на вращательную, так и диффузную свободу интегральных белков и их способность подвергаться конформационным изменениям. Вращательная и латеральная диффузия белков является отчасти следствием латерального движения мембранных липидов. Широкий спектр липидных молекул делает возможным широкое разнообразие специфических взаимодействий с мембранными белками. [c.108]

Другой пул липидов, удаленных от белков и подвергающихся быстрой латеральной диффузии, характерной для билипидного слоя, не пронизанного белком, составляет около 80%. Действие этих липидов на мембранные белки аналогично растворяющему эффекту воды на свойства растворимого белка. [c.109]

Метилирование побуждает монометилфосфатидилэтаноламин перемещаться с внутренней стороны бислоя на внешнюю, где под влиянием метилтрансферазы II завершается его превращение в фосфатидилхолин. Этот процесс приводит к локальному снижению микровязкости ( разупорядочиванию ) бислоя, благоприятствует увеличению латеральной диффузии белков, вызывает кластеризацию рецепторов, сборку олигомерных белковых ансамблей в мембране и т. д. Метилирование фосфатидилэтаноламина является сигналом , способным запускать функционально важные мембранные процессы связывание рецепторов с лигандами, освобождение медиаторов из синаптических окончаний и т. д. [c.40]

Пятая стадия экзоцитоза — прекращение возбуждения, реполяризация мембран. По времени она совпадает с концом четвертой стадии—латеральной диффузией мембранного материала секреторных гранул из района экзоцитоза в плазмалемме для подготовки состыковочного центра к контакту со следующей секреторной гранулой. Этот процесс совпадает по времени с началом рециклизации плазмалеммы и самих секреторных гранул. Прекращение экзоцитоза, т. е. реполяризация мембран, инициируется как запаздывающим выходом К+ по потенциалзависимому К-каналу, так и накоплением Са + в цитоплазме до критического уровня. Ионы Са включают функционирование Са-насоса и переносчика в системе Ка/Са-обмена, т. е. запускают системы выхода самих же себя из клетки. В этот период происходят диссоциация актомиозинового комплекса, изменения в других цитоскелетных структурах. [c.83]

Сближение мембран до критического расстояния ( 2 нм,, когда уже произошел непосредственный контакт) приводит к агрегации и латеральной диффузии белков из области контакта, т. е. в зоне слипания контактируют безбелковые липидные домены, бислои мембран (рис. 13). Белки в случае экзоцитоза (см. разд. 3.5) могут удаляться в сторону состыковочного центра (и даже за его пределы) и, кроме того, преформировать пункты удерживания мембран в этом центре. Белки могут удаляться активным путем с затратой энергии, например, при функционировании спектрин-актиновой сети и пассивным способом за счет геометрической асимметрии молекул белка и отличия кривизны мембраны в различных ее участках, а также за счег перемещения полярных белков при электростатическом взаимодействии сблизившихся мембран. [c.86]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология