Энергетика биологических мембран - Скулачев В.П.
ISBN 5-02-004027-4
Скачать (прямая ссылка):
В бислое минимальная площадь, занятая, например, фосфа-тидилхолином, равна 0,75 нм2.
Молекулы фосфолипидов легко перемещаются в плоскости мембраны, двигаясь в пределах монослоя. В то же время скорость перехода фосфолипида из одного монослоя в другой крайне мала. Описан прецедент, когда этот процесс вообще невозможен, так как два образующих мембрану монослоя ковалентно связаны. Было показано [446, 447], что мембрана термоацидофильной архе-бактерии Caldariella acidophila, живущей при кислых pH и температуре вплоть до 90°, содержит в качестве липидного компонента тетраэфиры 16,16'-бифитонилглицерина. Простейший из таких ?биполярных липидов включает в свой состав две гидрофильные группы (остатки глицерина) по краям, а между ними — два разветвленных углеводородных скелета, каждый из которых может пересечь всю гидрофобную область обычной бислойной мембраны {см. рис. 6, ж).
Другой представитель липидов С. acidophila вместо остатков глицерина содержит глицериннонитные группы. Такой липид образует стабильные фосфолипидные мембраны при температуре не ниже 70° [615].
1.7. Мембранные белки
Белки могут быть интегрированы с мембраной двумя различными способами: сорбцией на поверхности мембраны или погружением в ее гидрофобный слой.
Первый тип взаимодействия более лабилен и поэтому часто ускользает от внимания мембранологов. Неудивительно, что список белков, способных образовывать лабильные связи с мембранами, становится все обширнее по мере увеличения числа исследований на эту тему. Сегодня в этом списке уже можно найти гексокиназу [559, 945, 1089] и цитрат-синтазу [417], т. е. ключевые ферменты гликолиза и цикла Кребса ?— процессов, происходящих, как было принято считать, в водной фазе клетки. В случае гексокиназы показано, что специфическое связывание этого фермента осуществляется порином, локализованным во внешней митохондриальной мембране.
Белок-белковые взаимодействия ответственны также за связывание каталитической части Н+—АТР-синтазы (фактора Fi)
24
1. Введение в мембранную биоэнергетику
+
Рис. 7. Различные типы организации мембранных белков
а — белок почти полностью погружен в мембрану. Полипептидная цепь пересекает мем(3~ рану несколько раз, образуя а-спиральные колонны. Таким образом устроен бактерио-родопсин;
б — сравнительно небольшая гидрофобная часть белка погружена в мембрану, пересекая всю ее толщину. Большая (гидрофильная) часть белка экспонирована в воду. Для стабилизации связи с мембраной иногда- имеет место ковалентное присоединение жирных кислот к белку. Места прикрепления жирных кислот показаны черными кружками (из работы Шлессинджера и Маги [1318]);
в — гидрофобный «якорь» белка проникает только на расстояние фосфолипидного монослоя. По мнению Стриттматтера, именно так крепится к мембране цитохром Ъь (из Стритт-маттера и Дэйли [1464]; см., однако, работу Гоголя и Энгельмэна [623], где предполагается, что «якорь» цитохрома Ъь пересекает всю мембрану)
мембранным сектором того же фермента (фактором F0) (см. ниже раздел 5.1.1.2). Цитохром с, который, подобно гексокиназе или фактору Fx, хорошо растворим в воде, образует солевые связи с нерастворимым в воде мембранным белком — цитохромоксида-зой. Цитохром с — щелочной белок, а тот участок цитохромокси-дазы, который с ним взаимодействует, несет несколько кислотных групп. Кислотно-основное взаимодействие двух белков-партне-ров может быть нарушено повышением ионной силы раствора, которое приводит к экстракции цитохрома с из мембраны.
1.7. Мембранные белки
25
Описан пример того, как фосфолипид, а не белок, служит специфическим мембранным партнером, ответственным за лабильное связывание фермента с поверхностью мембраны. Было выяснено, что креатинфосфокиназа может связываться с внутренней (но не с внешней) митохондриальной мембраной. Причиной этого оказалось присутствие во внутренней мембране кардиоли-пина. Взаимодействие фермента с митохондриями блокировал адриамицин, связывающий кардиолипин. Креатинкиназу удалось сорбировать на липосомах при условии, что в состав их мембраны входил кардиолипин [1081]. Подобный эффект, по-видимо-му, обусловлен особенностями структуры кардиолипина, который состоит из двух остатков фосфатидных кислот, соединенных гибкой связкой (глицерином). Согласно представлениям, выдвинутым в нашей группе [126], кардиолипин может прикреплять белок к мембране, погружая два своих жирных ацила в гидрофобный домен белка, в то время как два других жирных ацила остаются в фосфолипидном слое мембраны.
Многие мембранные белки связываются с мембраной без помощи какого-либо специфического партнера. Примеры такого рода связывания показаны на рис. 7. В некоторых случаях почти вся молекула белка состоит из последовательностей гидрофобных аминокислот, образующих ос-спиральные колонны, ориентированные поперек мембраны. Только короткие связки между колоннами и небольшие концевые участки составлены из гидрофильных аминокислот (см. рис. 7, а). Хорошо известный пример подобного белка — бактериородопсин. Этот белок укреплен в мембране как кирпич в стене. Из 248 аминокислотных остатков, образующих бактериородопсин, только 27 удается отщепить обработкой протеиназами, которые не только не удаляют бактериородопсин из мембраны, но даже не тормозят его активность как светозависимого протонного насоса [148].
