www.pervomed.ru

белков являются рецепторные белки, или рецепторы. Строение мембранных рецепторов может быть разным, но все они выполняют одинаковую функцию - реагируют на физические и химические сигналы. Приняв сигнал с одной стороны мембраны и изменив свою конформацию, рецепторы вызывают определенные реакции по другую сторону мембраны. Рецепторы обнаружены в большинстве клеточных мембран, которые, соответственно,

осуществляют рецепторную функцию.

Во многих клеточных мембранах присутствуют контактные белки, структура которых отличается многообразием. Они могут обеспечивать физическое взаимодействие между мембранами разных клеток - цитоадгезию. Такие белки объединяют в группу клеточных адгезивных молекул. Другая группа контактных белков фиксирует отдельные белковые молекулы или надмолекулярные структуры (например, рибосомы) на мембранах. Их называют причальными белками. Наличие контактных белков в клеточной мембране позволяет говорить о ее контактной функции.

Различные биомембраны характеризуются разными наборами белков, которые могут быть ферментами, транспортными белками, рецепторами, контактными белками. Кроме того, в мембранах одинаковых клеток разных организмов могут обнаруживаться различные структурные варианты одних и тех же белков.

Вне зависимости от функций таких белков, их называют маркерные. Благодаря наличию специфических мембранных

белков можно определять принадлежность мембран к тем или иным клеточным структурам. С этой точки зрения, биомембраны

осуществляют маркерную, или индивидуализирующую, функцию.

наверх

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ БИОМЕМБРАН

Взаимодействие белков с билипидным слоем (БЛС) приводит к формированию сложной надмолекулярной липопротеидной структуры - клеточной мембраны. Пространственная организация биомембран является универсальной и отражается в жидкостномозаичной модели клеточных мембран.

Согласно этой модели, структурную основу биомембран составляет БЛС, с которым взаимодействуют отдельные белковые молекулы или белковые комплексы, изолированные друг от друга участками БЛС. Таким образом, клеточные мембраны представляют собой мозаику белков в жидкостном БЛС.

По пространственному положению в отношении БЛС различают 3 вида мембранных белков: интегральные, полуинтегралъные и периферические.

Интегральные белки имеют фибриллярные гидрофобные домены,

по обе стороны которых расположены гидрофобные домены. Благодаря этому гидрофобные домены располагаются в гидрофобной фазе БЛС, а гидрофильные домены оказываются по разные стороны БЛС, т.е. в гидрофильной среде. Таким образом,

www.pervomed.ru

интегральные белки пересекают БЛС и поэтому

трансмембранными белками, а их гидрофобные трансмембранными доменами.

Существуют трансмембранные белки, которые представлены одним полипептидом, пересекающим БЛС более одного раза. Они имеют несколько гидрофобных доменов, чередующихся с гидрофильными, благодаря чему и занимают такое положение в БЛС. Как правило, гидрофобные домены подобного трансмембранного белка взаимодействуют друг с другом и нередко формируют канальные структуры, т.е. относятся к транспортным белкам. Примером таких белков являются

четвертичную структуру - состоять из нескольких не связанных ковалентно полипептидов. При этом полипептиды бывают как идентичными (гомомерные белки), так и неидентичными (гетеромерные белки).

Гомомерным интегральным белком является капнофорин - пассивный сопряженный переносчик НСО3" и СГ мембраны эритроцитов, состоящий из двух идентичных полипептидов (гомодимер). Каждый из двух протомеров капнофорина имеет 5 трансмембранных доменов. К гетеромерным интегральным белкам относится Na/К-насос, в состав которого входят 3 разных

трансмембранных протомера: α-, β-, γ-субъединицы насоса.

Полуинтегральные белки, как и интегральные, имеют гидрофобные домены. Однако величина этих доменов настолько мала, что не позволяет им пересечь БЛС. Благодаря этому полуинтегральный белок только погружается в БЛС гидрофобным доменом, фиксируя свои гидрофильные домены по одну из сторон мембраны. Примером таких белков являются цитохромы P450- оксиредуктазы, которые имеют короткий концевой гидрофобный олигопептид (12-20 аминокислотных остатков), погруженный в

БЛС мембраны.

Периферические белки, в отличие от интегральных и полуинтегральных, не имеют наружных гидрофобных доменов и не способны взаимодействовать с гидрофобной фазой БЛС, располагаясь над одной из сторон БЛС. Часть периферических белков фиксируется на БЛС нековалентными связями между гидрофильными аминокислотными радикалами и головками мембранных липидов. Белком подобного рода является цитохром С

–переносчик электронов внутренней мембраны митохондрий. Другие периферические белки образуют ковалентные связи с

головками мембранных липидов (фосфатидилинозитолом) с помощью дисахарида, т.е. являются липопротеинами с периферическим белковым компонентом. Липидный компонент в данной ситуации исполняет роль «якоря», фиксирующего белок в БЛС. Примерами мембранных лилопро-теинов являются щелочная фосфатаза и ацетилхолинэстераза, а также клеточная адгезивная молекула

нервных клеток.

www.pervomed.ru

Некоторые периферические белки ковалентно связаны не с липидами, а с жирными кислотами, являясь ацилпротеинами. Остатки жирных кислот легко встраиваются в БЛС и фиксируют белковый компонент над БЛС. К таким белкам относится антиген эритроцитов резус-фактор, имеющий до четырех остатков

пальмитиновой кислоты.

Существует другая классификация мембранных белков, отражающая силу их связи с БЛС. Согласно этой классификации, все мембранные белки, отделяемые от БЛС с трудом, относят к интегральным белкам. В этом случае интегральными белками считаются и полуинтегральные белки, и липопротеины, и ацилпротеины. К периферическим белкам, по этой классификации, относятся те, которые легко отделяются от БЛС, т.е. периферические белки, образующие нековалентные связи с головками мембранных липидов

Жидкостно-мозаичные биомембраны характеризуются высокой динамичностью, что определяется подвижностью ее компонентов. Очень большой спонтанной подвижностью обладают мембранные липиды в пределах монослоя – за секунду молекула липида меняет свое положение порядка миллиона раз. Таким образом, мембранные липиды практически все время перемещаются, обеспечивая текучесть биомембран.

Кроме митральной подвижности мембранные липиды обладают способностью переходить из одного слоя в другой. При этом происходит компенсаторный переход молекулы липида из другого монослоя, т.е. две молекулы липидов осуществляют взаимный переход в соседний монослой. Такой вид подвижности мембранных липидов, называемый «флип-флоп», спонтанно происходит достаточно редко (1-2 раза в сутки для одной пары).

В биомембранах присутствуют белки флиппазы, которые резко увеличивают скорость этих событий дня определенных пар липидов. Благодаря этому многие клеточные мембраны характеризуются липиднои асимметрией - в разных слоях БЛС сконцентрированы различные липиды. Работа флиппаз требует затрат АТФ, поэтому в условиях дефицита энергии биомембраны постепенно теряют липидную асимметрию - происходит случайное перераспределение мембранных липидов по обоим монослоям.

Согласно жидкостно-мозаичной модели, мембранные белки, как

имембранные липиды, характеризуются определенными видами

подвижности, т.е. клеточные мембраны являются динамичными и с этой точки зрения. Наиболее типично для мембранных белков латеральное перемещение в БЛС. Некоторые белки способны приподниматься (опускаться) в БЛС за счет изменения своей

мембранных белков – это поворот на 180о, т.е. переход надмембранных доменов вс одной стороны БЛС на другую. Такой «белковый флип флоп” требует огромных затрат энергии, поэтому нереален при нормальной жизнедеятельности клетки.

Латеральная подвижность мембранных белков, как правило, регулируется клеткой. В частности, она может быть ограничена путем взаимодействия мембранных белков с фибриллярными белками, локализованными в примембранной области. Это характерно для белков наружной клеточной мембраны.

В результате определенные белки концентрируются в отдельных участках

www.pervomed.ru

Если механизмы белковой асимметрии блокировать, мембранные белки распределяются в БЛС случайным образом по всей площади мембраны, что нарушает нормальную жизнедеятельность клетки.

Внутренняя мембрана митохондрий характеризуется очень высоким (до 75%) содержанием белков. Это приводит к локальным нарушениям регулярности структуры БЛС и формированию сложных липопротеидных комплексов. В таких мембранных комплексах липиды переплетаются с многочисленными фибриллярными доменами интегральных белков, благодаря чему комплексы называют «липопротеиновыми ковриками».

Характерной чертой липопротеиновых ковриков является отсутствие в них регулярного БЛС и наличие специфических липидов, в частности, кардиолипина. Вероятно, существенное значение в особенностях строения внутренней мембраны митохондрий имеет и то, что в ней практически нет холестерола.

В некоторых дифференцированных клетках (клетки печени и тонкой кишки) образуются мембранные пузырьки, стенки которых представлены липидным монослоем с интегральными и периферическими белками - аполипопротеинами. В таких пузырьках - липопротеидных частицах - гидрофильные головки липидов монослоя расположены с наружной стороны мембраны, а гидрофобные хвосты обращены во внутреннюю полость. В этой полости находится большое количество гидрофобных молекул: триглицериды (жиры), холестерол, фосфолипиды, а также небольшое число жирных кислот

Благодаря наличию такого гидрофобного «ядра» частицы, ее мембрана должна быть однослойной, так как ядро взаимодействует с гидрофобными хвостами мембранных липидов монослоя. Функциональное значение липопротеидных частиц заключается в упаковке физиологически важных липидов и липоидов, синтезированных в одних клетках, и их транспорте с плазмой крови в другие клетки организма.

Таким образом, клеточные мембраны имеют определенную пространственную организацию, что позволяет им осуществлять биологически важные функции. Большинство этих функций выполняется с помощью мембранных белков, поэтому изменения

структуры белков вызывают аномалии жизнедеятельности клетки.

Структура каждого мембранного (и не только мембранного) белка определяется соответствующими генами. Благодаря этому дефекты структуры белков могут вызываться изменениями структуры генов - мутациями, в результате чего возникают

наследственные болезни. Специфические признаки наследственных болезней - симптомы - будут исходно определяться нарушением функций измененного белка и при большой их значимости могут приводить к гибели организма

-летальному исходу.

Важность наследственных аномалий в медицине заключается,

половые клетки, в которых содержатся гены с измененной структурой.

Что касается мембранных липидов и липоидов, их синтез зависит от соответствующих ферментов, т.е. клеточных (не обязательно мембранных) белков. Это означает, что существуют наследственные болезни, симптомы которых отражают изменение