Биологические мембраны: структурная организация, функции, модификация физико-химическими агентами - Артюхов В.Г.
ISBN 5-7455-1162-1
Скачать (прямая ссылка):
водородных связей, электростатических и ван-дер-ваальсовых взаимодействий между липидом, водой и “соседними” белковыми молекулами. Липид-белковые взаимодействия условно подразделяют на взаимодействия типа белок-липидный монослой, бе-лок-липидный бислой, а также липид-белковые взаимодействия, включающие липид-зависимые ферменты.
Термин “пограничный липидный слой” был введен в связи с появлением и развитием концепции о существовании особого “стационарного” слоя липидов, связанного с поверхностью белковой молекулы, в котором физико-химические параметры липидов отличаются от таковых в основной части бислоя. Под “стационарностью” понимают отсутствие липидного обмена за время, сравнимое с временем оборота фермента (~10'3 с). Пограничные липиды называют также аннулярными. В то же время нет убедительных экспериментальных доказательств различного поведения пограничных липидов и липидов основной части бислоя. Это связано с использованием разных методов исследования, для которых характерны неодинаковые временные интервалы изучения динамики липидных молекул.
В 70-е гг. первым исследованием упаковки липидов вблизи мембранного белка в небольших временных интервалах (< 10~8 с) было определение подвижности спин-меченной жирной кислоты в реконструированной системе цитохромоксидаза — эндогенные митохондриальные фосфолипиды методом ЭПР. В дальнейшем подобные эксперименты проводились с использованием цито-хромоксидазы и цитохрома Ь5 и липидных бислоев, содержащих грамицидин А, а также мембраны микросом печени крысы, эритроцитов, вирусов Синдбис и везикулярного стоматита. Было показано, что значительная часть липидов в этих мембранах иммобилизована за счет белок-липидных взаимодействий. Количество иммобилизованных липидов при температурах 20—40 °С составляет примерно 0,2 мг на 1 мг белка (47 молекул фосфолипидов на белковый комплекс) цитохромоксидазы, что соответствует приблизительно одному слою липидов вокруг белковой глобулы. Примерно такое же количество (45—90) молекул иммобилизуется за счет взаимодействия с Са2+-АТФазой саркоплазматического ре-тикулума. Понижение температуры может приводить к возрастанию количества иммобилизованных липидов в 2—3 раза.
Существование участков липидного бислоя (аннулы липидов) с более плотной упаковкой и меньшей подвижностью углеводо-
родных цепей в модельных и природных биомембранах было показано также и с помощью других физико-химических методов (ЯМР, комбинационное рассеяние света, метод флуоресцентных зондов). Однако впоследствии концепция “пограничного липида” была подвергнута критике. Результаты, полученные с помощью метода 2Н-ЯМР, свидетельствуют о том, что пограничные липиды быстро обмениваются с основной массой липидов в бислое (скорость обмена весьма велика — 107 с-1)* Кроме того, в присутствии белков упорядоченность связанных липидов (т.е. транс-гош-конформации ацильных цепей) почти не изменяется, а скорость переориентации углеводородных цепей слабо уменьшается (~ на 20 %) в частотном диапазоне 109 с"1. По данным ЯМР, трансмембранные белки весьма незначительно влияют на ориентацию и динамику липидных молекул и их полярных головок. Эти результаты были подтверждены и некоторыми другими методами, например, инфракрасной спектрофотометрией с фурье-преобразованием.
Противоречивые данные получены также при исследовании избирательности связывания белков с различными фосфолипидами. Так, селективность взаимодействия фосфолипидов, несущих определенные полярные группы, была выявлена для родопсина, Na+, К+-АТФазы из Squalus acantus, цитохром-с-оксидазы, Са2+-АТФазы. Вместе с тем многочисленные эксперименты по реактивации выделенных мембранных ферментов путем добавления экзогенных липидов и детергентов показали, что в большинстве случаев не существует специфических белок-липидных взаимодействий, обеспечивающих ферментативную активность; разные типы липидов могут одинаково влиять на функционирование мембраносвязанных белков. Несмотря на то, что взаимодействие липидов с интегральными белками носит в основном гидрофобный характер, электростатические силы связывания заряженной гидрофильной части белковой молекулы и полярных групп окружающих липидов могут существенно влиять на характер липидного микроокружения белка. Кроме того, для активирующего действия липидов по отношению к некоторым мембранным ферментам важны такие факторы, как степень подвижности ацильных цепей и способность липидов образовывать мицеллы. По-видимому, сродство разных липидных молекул к белкам мембраны определяется не спецификой белков, а спецификой липидных молекул.
В последнее время внимание многих исследователей сосредоточено на изучении связывания с липидным бислоем периферических мембранных белков. Ряд периферических белков взаимодействует с мембраной путем связывания с интегральными белками. В то же время значительное количество белков связывается непосредственно с поверхностью липидного бислоя, причем некоторые из них способны к взаимодействию только в определенных условиях и на непродолжительное время. Иногда такое взаимодействие является необходимым условием проявления функциональной активности мембранного фермента (протеинки-наза С, пируватоксидаза, факторы свертывания крови).
