Структура и функции биологических мембран - Трошин А.С.
Скачать (прямая ссылка):
156 СТРУКТУРНАЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН
между экстрацеллюлярными поверхностями остается водный промежуток. Таким образом, выбранную модель элементарной единицы миелина можно было описать простой центросимметричной ступенчатой функцией. Хотя такая модель не согласуется с наличием плотной линии и менее плотной средней, видимыми в электронном микроскопе, она оказалась удобной для согласования рентгеноструктурных данных по нормальному и набухшему миелину. Вариации размеров водного канала позволили авторам создавать серии интенсивностей или их огибающих (трансформант Фурье), которые сравнивались затем с экспериментально полученными кривыми распределения интенсивностей рефлексов в зависимости от обратного пространства. Степень совпадения расчетных и экспериментальных данных позволяла ограничить количество наборов параметров модели. Было принято, что относительная ошибка (параметр В) для выбора параметров модели не должна превышать 10%.
Выбранная модель имела 5 параметров, и разумное определение такого количества параметров из анализа рентгенограмм интактного миелина, имеющего всего 5 рефлексов, вряд ли возможно. Однако авторам вышеназванных работ удалось зарегистрировать 13 порядков основного периода от набухших в различных гипотонических растворах (дистиллированная вода, сахароза, разбавленный раствор Рингера) периферических нервных волокон в пределах углов дифракции, соответствующих первым пяти порядкам нормального миелина. Использование рентгенограмм набухшею миелина позволило авторам боЛее корректно, чем в предыдущих работах, выбрать параметры модели. Кроме того, из анализа рентгенограмм набухшего миелина в средах с известной электронной плотностью (дистиллированная вода, сахароза, раствор Рингера) авторам удалось определить абсолютные величины электронной плотности (в электронах на А) отдельных компонентов элементарной единицы миелина, приняв, что во всех случаях электронная плотность водного канала используемой модели соответствует электронной плотности среды, в которой инкубировался исследуемый нервный ствол.
Конечный выбор параметров модели, сделанный на основании лучшего совпадения расчетных и экспериментальных данных с учетом абсолютной величины средней электронной плотности мембранной пары, дал следующих! набор последовательностей знаков структурных амплитуд, соответствующих первым пяти порядкам дифракции интактного миелина: —
— —. Аналогичная последовательность знаков была использована в работе Финеана и Бурге (Fineae, Burge, 1963) для расчета распределения электронной плотности (синтез Фурье) элементарной единицы миелина. Однако предложенная последними авторами модель не включала водного канала и соответствовала электронно-микроскопйческому изображению основного периода повторения миелина (два пика равной электронной плотности, располагающихся по периферии, среднего менее плотного пика — посередине периода и двух'симметрично расположенных участков низкой электронной плотности).
По данным Ворзингтона и Блаурока (Worshington, Blaurok, 1969b), электронная плотность центральной области мембранных пар набухшего миелина (согласно выбранной модели эта область является срединной областью плазматической мембраны шванновской клетки) составляет 0,27—
0,28 электрона/А3. Относительно низкая величина электронной плотности svrnrn vtrarTKa ттпяппттиття явтппям ттотсялияовять рго и обттягти. занятой vtjtp-
ГЛАВА 9. МИЕЛИНОВАЯ ОБОЛОЧКА — МОДЕЛЬ МЕМБРАННЫХ СТРУКТУР 157
водородными цепями липидных молекул. Действительно, электронная плотность насыщенных и мононенасыщенных жидких га-углеводородов находится в пределах 0,25—0,29 электрона/А3. Кристаллическая организация углеводородных цепей имеет более высокую электронную плотность. При исследовании липидных кристаллов методом рентгеноструктурного анализа было показано, что электронная плотность участков, занятых углеводородными хвостами для разных липидов, лежит в пределах
0,32—0,35 электрона на A3 (Chapman, 1965). Вывод о том, что углеводородные цепи в миелиновых мембранах находятся в жидком состоянии, чрезвычайно важен. В большинстве случаев в моделях структурной организации мембран миелина, а также клеточных мембран углеводородные цепи липидов располагаются в строго упорядоченную структуру (match like model). Такая структура углеводородных хвостов липидных молекул была постулирована еще в 30-е годы в работах Шмитта с соавт. (Schmitt et al., 1935; Schmitt, Bear, 1939) на основании изучения двулучепреломления периферических нервных волокон. С тех пор она не претерпела никаких изменений. Электронная плотность нелипидных компонентов миелина и, возможно, полярных головок липидных молекул составляет 0,36—0,38 электрон/А3.
Другой важный вывод, сделанный в обсуждаемых работах, касается изменения структуры элементарной единицы миелина при набухании нервных волокон. Как уже отмечалось, в ряде работ этот факт игнорируют, считая, что при набухании увеличивается лишь расстояние между элементарными единицами. Показано, что при вариации тоничности инкубационной среды основные параметры мембранной пары миелина (длина участков низкой электронной плотности и длина всего периода без включения водного канала) претерпевают изменения (Worthington, Blaurock, 1968; 1969 а, b). Естественно, что при этом меняется молекулярная организация практически всех элементов структурной единицы миелина. Такие изменения говорят о том, что рентгеноструктурный анализ миелина, в котором используются рентгенограммы набухших нервов, не является вполне строгим. Иначе говоря, в этом случае не представляется возможным получить однозначное распределение электронной плотности внутри элементарной единицы (трансформанты Фурье). Существенным недостатком обсуждаемого подхода является допущение, согласно которому распределение электронной плотности повторяющейся мембранной пары может быть довольно точно описано моделью, представляющей собой серию ступеней различной плотности. Уже говорилось, что ступенчатая функция для своего описания требует относительно большего количества членов в преобразовании Фурье, в то время как экспериментально на интактном миелине авторы получили лишь пять рефлексов. В настоящее время нет экспериментальных доказательств того, что полученные дифракционные картины интактного миелина обладают ограниченным количеством рефлексов из-за беспорядка в мембранных наборах, и выбранная авторами модель с симметричным распределением электронной плотности и водным промежутком адекватно отражает структурную организацию элементарной единицы миелина. По данным авторов, несколько наборов параметров модели было пригодно для того, чтобы ее можно было согласовать (подогнать) с экспериментальными данными. Не исключено, что конечный выбор параметров, дающий хорошее совпадение с моделью ступенчатой функции, в большой степени случайн ый.
