Структура и функции биологических мембран - Трошин А.С.
Скачать (прямая ссылка):
Наличие такой естественной модели позволило для ее изучения использовать, наряду с другими физическими методами, наиболее адекватный метод структурного анализа — дифракцию рентгеновских лучей. Несмотря на то что уже около 40 лет в различных лабораториях этим методом изучается структура миелина, интерпретация полученных данных остается в большой степени спекулятивной. Вместе с тем результаты рентгеноструктурного анализа миелина широко используются при решении принципиальных вопросов структурно-химической организации клеточных мембран.
Ранние рентгеноструктурные исследования
Впервые интерпретация структурной единицы миелина по данным рентгеноструктурного анализа была дана в работах Шмитта с соавт. (Schmitt et al., 1935, 1941; Palmer et al., 1941), в которых было показано, что основной период повторения миелиновой оболочки в радиальном направлении составляет приблизительно 170 А на нервах холоднокровных и около 185 А на нервах млекопитающих. Основой для структурно-химической интерпретации элементарной единицы миелина послужили поляризационно-оптические исследования мякотных нервных волокон (Schmidt, 1936; Chinn, Schmitt, 1937; Schmitt, Bear, 1939). Было показано, что оптическая ось миелиновой оболочки направлена радиально относительно длинной оси волокна, причем положительный знак двулучепреломления был обуслов-
ГЛАВА 9. МИЕЛИНОВАЯ ОБОЛОЧКА — МОДЕЛЬ МЕМБРАННЫХ СТРУКТУР 141
лен радиально ориентированными слоями липидных молекул. После экстракции липидных компонентов миелиновой оболочки соответствующими растворителями знак радиального двулучепреломления меняется на обратный. Исследования гистологических препаратов мякотных нервных волокон позволили провести анализ внутреннего и текстурного двулучепреломления (текстурное двулучепреломление зависит от ориентации суб-микроскопических частиц или мицелл). Оно исчезает при погружении объекта в среду, показатель преломления которой равен показателю преломления материала объекта.
На основании этих исследований был сделан вывод о том, что радиальное отрицательное, двулучепреломление после экстракции липидов связано с текстурной анизотропией и зависит от тангенциальной ориентации белковых слоев. Таким образом, на основании поляризационно-оптических исследований было высказано предположение, что миелиновая оболочка нервного волокна состоит из чередующихся слоев тангенциально ориентированных белковых молекул и радиально ориентированных слоев липидны’*' молекул, расположенных между ними. Примененный метод исследования, к сожалению, не мог дать сведений о размерах предполагаемых структурных единиц (липидных и белковых слоев), их взаимодействии и отношении к воде.
Эти сведения удалось получить при использовании малоугловой дифракции рентгеновых лучей (Palmer et al., 1941; Schmitt et al., 1941).
Экстрагированные смесью спирта с эфиром компоненты миелиновой оболочки при добавлении воды образовали периодично организованные слоевые структуры с основным периодом повторения, равным 66 А. Кроме того, авторы определили периоды повторения других липидных фракций нервного ствола, которые варьировали от 40 до 60 А. Эти величины хорошо согласовывались с данными, полученными другими методами, в частности измерениями билипидного слоя лептоскопом. При добавлении избыточного количества воды в липидные фракции нервов, извлеченных смесью спирта с эфиром, их период повторения мог быть значительно увеличен. При полной ширине периода в 60 А водяные промежутки достигали 86 А. Вместе с тем, когда повышалась ионная концентрация раствора, вода выходила из промежутков между бимолекулярными слоями липидов (0,6 М раствор КС1 удаляет почти всю воду, СаС12 при концентрации 0,04 М давал такой же эффект). Авторы приходят к выводу, что такие липидные модельные системы представляют собой организованные бимолекулярные слои, в которых неполярные углеводородные цепи липидных молекул направлены перпендикулярно к водным каналам, расположенным между бимолекулярными слоями липидов. Исходя из этого предположения, было теоретически обосновано несколько возможных моделей расположения липидных и белковых молекул, образующих основной период в радиальном направлении миелиновой оболочки (Schmitt, et al., 1941).
Следует отметить, что одна из предложенных моделей (модель, в которой полярные головки липидных молекул билипидного слоя контактируют с белковыми слоями, а углеводородные хвосты — между собой) до сих пор широко обсуждается рядом исследователей. Это в большой степени обусловлено тем, что она хорошо согласуется с широко распространенной гипотетической моделью структурной организации плазматической мембраны клетки (Danielli, Davson, 1934). Важную роль в обосновании и детализации этой модели сыграли рентгеноструктурные
142 СТРУКТУРНАЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН
исследования миелина (Elkes, Finean, 1953а, b; Finean, 1953 а, Ь, 1956). По предложенной схеме (рис. 55) основной, повторяющийся в радиальном направлении миелиновой оболочки период состоит из бимолекулярного слоя сложных липидов, полярные группы которых покрыты монослоем нелипидного материала. Основой для такой модели послужили рентгеноструктурные и биохимические исследования миелиновой оболочки. Липидные компоненты миелиновой оболочки (Jonson et al., 1948; Brante, 1949) состоят, главным образом, из свободного холестерина, цереброзида, сфингомиелина, фосфатидилсерина. Молекулярные отношения холестерина, фосфолипида и цереброзица составляют приблизительно 2:2:1.
