Биологическая химия. Том 31 - Карасев В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Исходя из общепризнанного в настоящее время представления о существовании в биомембранах бимолекулярного слоя липидов [20]ь можно предложить лишь два варианта ориентации фосфолипидов в бислое: биполярными группировками наружу и внутрь мембраны (рис. 8). Эти группировки
ШЁ
а
$
Рис. 8. Возможные варианты ориентации фосфолипидов в модели биомембран
имеют выпрямленную конформацию, т. е. противоположно заряженные С—N и О—Р=0 группы не образуют внутренних циклов [31] и обладают способностью к вращению. При ориентации биполярными головками наружу и вытянутой их конфор-
тиации ССИВС не образуются (рис. 8, а). В то же время, формирование ССИВС на поверхности бислоя между противоположно -заряженными группами (рис. 8, б) приведет к их контакту с водой, что не соответствует требованиям реализации механизма переноса энергии. Обратная ориентация фосфолипидов допускает расположение биполярных головок параллельно и перпендикулярно плоскости мембраны (рис. 8, в, г). В варианте 8,в зоны из чередующихся С—N и О—Р=0 групп реализуют не все возможные водородные связи (например, С—N группа может образовать 3 водородных связи, а образует лишь две). По этой причине наиболее перспективным является вариант
8, г, в котором возможно возникновение зон ССИВС с двумерной структурой. Для минимизации гидрофобных контактов в этом случае необходимо, чтобы цепи жирных кислот были погружены в белковую структуру. Видно, что С—N и О—Р=0 группы соседних молекул фосфолипидов (ФЭА) имеют вращательную симметрию и формируют ССИВС, по которым может происходить попеременный перенос электронов вдоль мембраны 18]. Такие зоны было предложено называть «энергетическими» [7]. Молекула ФХ, как показано на схеме, участвует в ССИВС лишь своими О—Р=0-группами, в то время как холиновая группировка изолирует ССИВС (см. также табл. 6, в разд. 4.4).
В состав ССИВС могут включаться и другие фосфолипиды (фосфатидилсерин, кардиолипин и т. д.), хотя организация зон при этом будет, по-видимому, иной.
НО—Р=0... HN...H0~P=0 ^N-CH3 \п Н \п пн.
Rl Rz RS R6
Рис. 9. Область взаимодействия биполярных головок в модели биомембран
«Информационные зоны». Остатки жирных кислот (Ri, R2— R7, Re), часть из которых связана непосредственно с асимметрическим атомом углерода (отмечен на схеме звездочкой), ориентированы в сторону белков. Эти остатки образуют в фосфолипидах простые эфирные, винильноэфирные, сложноэфирные, пептидные связи. Кроме того, в этой же области располагаются С—ОН-группы сфингозина и 2-оксикислот. Исходя из принятой ориентации, наша модель предполагает «узнавание» определенных связей в липиде различными полярными группами белка. Информация, заложенная в третичной структуре белка, будет определять тип связываемого липида, поэтому образующаяся в этой области зона ССИВС названа нами «информационной» [7]. На рис. Ю, а, иллюстрирующего один из возможных вариантов липид-белкового взаимодействия, видно, что расстояние между соседними молекулами фосфолипидов допускает присоединение комплементарного фосфолипида с образованием непрерывных «энергетических» зон (рис. 10,6). Это свидетельствует в пользу допустимости подобных взаимодействий в реальной структуре биомембран. Однако мы не исключаем также возможности образования комплекса фосфолипида непосредственно с полипептидной цепью, свернутой в виде ^-спирали и ориентированной перпендикулярно плоскости мембраны, как предполагает Кеннеди [36]. Размер такой p-спирали может быть согласован с положением двойных связей в жирных кислотах фосфолипидов. Таким образом, данная модель предполагает комплементарность компонентов мембран, стабилизируемую как образованием зон ССИВС, так и ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями неполярных частей белков и липидов.
Межзонная область. На рис. 10, б видно, что между «энергетической» и «информационной» зонами образуется полость (межзонная область), которая может быть заполнена различными неполярными цепями (рис. 10, в). Известно, что в состав биомембран, кроме фосфолипидов, входят такие компоненты как стероиды и терпеноиды. Все они характеризуются наличием якорной группировки (R) и неполярной цепью, содержащей различное число изопреноидных звеньев. Рисунок 11 поясняет суть взаимодействия терпеноидов и фосфолипидов в межзон-ной области модели.
Рис. 11. Взаимодействие терпеноидов и фосфолипидов в модели биомембран ФЛ — биполярная головка фосфолипида
Гидрофобная цепь фиксирует положение головок фосфолипидов в продольном направлении, а метальные группы — в поперечном (вдоль оси Y). При этом регулярность расположения молекул фосфолипидов будет зависеть от количества изо-преноидных звеньев.
Принципиальная схема модели. Структурно-функциональная асимметрия. На рис. 12 изображена схема, суммирующая отдельные этапы, обсуждавшиеся в процессе построения модели, и реализующая ее концептуальную основу. В структуре модели имеются непрерывные зоны ССИВС, изолированные от водной среды; формирование центральных, «энергетических» зон обеспечивается вращательной симметрией молекул L-фосфолипи-дов, образующих бислой, а «информационных» зон — присоединением полярных групп белков к полярным связям жирных кислот фосфолипидов. Предполагается, что все зоны ССИВС
