Биологическая химия. Том 31 - Карасев В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Периодическая блочная структура. Модель предпола!ает сущес1воиание в мембранах повторяющихся структурно-функциональных блоков, что вытекает из требований реализации механизмов переноса энергии в белках и учитывает симметрию олигомерных мембранных белков. Периодичность структуры биомембран подтверждается данными электронной микроскопии и РСА, причем преобладающей является периодическая структура типа гексагональной решетки, в основе которой лежат тримерные или гексамерные интегральные мембранные белки [22, 25,30, 37, 43,. 51-—531. Согласно модели, она охватывает всю структуру мембраны (см. рис. 12), хотя белковый состав по обе стороны может быть различным. Не исключается также и асимметрия липидов в мембранах [34], но, учитывая возможность иной интерпретации работ [21, 55], к этим данным необходимо относиться с осторожностью. Предлагаемая зонно-блочная модель может служить, в какой-то мере, физикохимической основой представлений о функциональных блоках в биомембранах, развиваемых А. М. Уголевым [14]*
Липид-липидные и липид-белковые взаимодействия. Согласно модели, биполярные группировки фосфолипидов взаимодействуют друг с другом с образованием «энергетических» зон, т. е. липид-липидные взаимодействия носят, в основном, полярный
характер. Прямых данных в пользу нашего предположения нами в литературе не найдено. Известно, однако, что выход фосфоаминов из мембраны эритроцитов под действием фосфоли-пазы С не оказывает, по данным дисперсии оптического вращения, существенного эффекта на среднюю конформацию белков [27]. Это указывает на отсутствие тесной связи между биполярными головками фосфолипидов и белками.
Роль стеринов и терпеноидов, также представляющих липиды биомембран, с точки зрения существующих представлений до конца не выяснена. В нашей модели они имеют двоякое значение. С одной стороны, якорные группировки этих молекул могут включаться в ССИВС белков и выполнять в них свои функции. Соответствующие рецепторные белки обнаружены, в частности, для убихинона и витамина А [15,57],. С другой стороны, неполярные изопреноидные цепи локализованы между зонами ССИВС и обеспечивают стабилизацию структуры мембран, что также совпадает с существующими представлениями [50]. Модель предполагает определенную согласованность длины гидрофобной цепи с размером структурно-функционального блока и количеством фиксируемых молекул фосфолипидов (см. рис. 12).
Основную роль в липид-белковых взаимодействиях играют, согласно модели, цепи жирных кислот, которые должны иметь стерические соответствия с белком. С этой точки зрения становятся понятными факты иммобилизации липидов в составе мембранных белков и стехиометрии липид-белок [3]. Существенно, однако, что модель предсказывает также комплементарность полярных групп липидов и белков «информационных» зон ССИВС.
Функционирование фосфолипидов и белков. Считается, что фосфолипиды участвуют в мембранах в переносе электронов. Согласно данным Рэкера с соавт. [44], а также Кондрашина с соавт. [9], имеются различия в способности фосфолипидов восстанавливать перенос электронов в протеолипосомах. Показано, что наиболее эффективными в этом отношении являются смесь ФЭА+ФХ и чистый ФЭА. В то же время, только ФХ не обеспечивает восстановления переноса электронов. Исходя из рисунка
9, такое поведение фосфолипидов было нами предсказано [7]. В самом деле: только С—N-группы ФЭА в сочетании с О—Р= =0-группами ФЭА и ФХ формируют непрерывные ССИВС, способные к переносу электронов, тогда как холиновые группировки ФХ, согласно схеме, являются изолирующими и вместе с О—Р=0-группами не обеспечат этот процесс.
Белки мембран представлены как ферментами, так и различными рецепторами. Для мембранных ферментов, часто проявляющих отрицательную кооперативность при связывании субстратов, существуют модели поочередного функционирования центров (см. разд. 5.1.3. и 5.3.3). Разработанная нами модель работы
олигомерных ферментов (разд. 5.2.1), имеющая единые принципы с обсуждаемой моделью биомембран, объясняет колебательный режим работы активных центров исходя из симметрии направлений переноса энергии в ССИВС. В то же время, многие рецепторные белки также проявляют отрицательную коопера-тивность и имеют два типа участков, обладающих сильным и слабым сродством к лигандам [32,56]. Логично предположить, учитывая олигомерный характер многих рецепторных белков, что и в этом случае происходит попеременное связывание лигандов субъединицами и замыкание ССИВС, обеспечивающее связь энергодонорных и энергоакцепторных участков мембраны. Следовательно, предсказываемые моделью особенности функционирования фосфолипидов и белков не противоречат имеющимся в литературе данным.
Проведенный анализ показывает, что предлагаемая зонно-блочная модель структуры биомембран позволяет интерпретировать значительное число имеющихся в литературе фактов.
6.3.3. Возможные эксперименты по проверке модели
Хотя воссоздание и исследование целостной структуры разработанной нами модели биомембран представляет довольно «ложную задачу, к экспериментальной проверке модели можно подойти иным путем, а именно: воспроизводя отдельные, наиболее существенные ее фрагменты. В частности, перспективным, ло-видимому, является воссоздание центральных, «энергетических» зон ССИВС, которое можно, вероятно, осуществить с использованием кристаллов синтетических фосфолипидов. Исследование свойств полученных кристаллов, в которых возможно ¦формирование зон ССИВС, может дать информацию об их пригодности для переноса электронов и о детальных механизмах этого процесса, если такой будет иметь место.
