Структура и функции биологических мембран - Трошин А.С.
Скачать (прямая ссылка):
ФосфатидилсериЪ 7 11 0 0 0
Фосфатидилхолин И 23 48 64 0
Фосфатидилинозитол 0 2 8 11 0
Фосфатидилглицерол 0 0 1 2 0
Кардиолипин 0 0 И 0 0
Сфингомиелин 6 ?18 0 0 0
Цереброзид 21 0 0 0 0
Цереброзид сульфат 4 0 0 0 0
Церамид 1 0 0 0 0
Неидентифицированные 12 2 0 0 0
20 СТРУКТУРНАЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН
ТАБЛИЦА 2
Белковый и липидный состав мембран некоторых клеток животных и бактерий (Korn, 1966)
Объекты, из которых Молярное отношение Отношение площади
выделены мембраны амино- кислота фосфолипид холестерин белка к площади липида
Миелин 264 111 75 0,43
Эритроциты 500 31 31 2.50
Bacillus lichemformis 610 31 0 4,80
Примечание. Расчетные площади мономолекулярных пленок при условии, что средняя площадь, занимаемая аминокислотой, равна 1,7 нм, молекулой (j-осфолипида—7 нм и молекулой холестерина — 3,8 нм.
них мембран митохондрий и 3 вида белков аналогичны у мембран гладкого ретикулума и внешних мембран митохондрий (Schnaitman, 1969).
В табл. 2 (Korn, 1966) показано отношение площадей, занимаемых белковыми и липидными молекулами, в различных мембранах. Видно, что это отношение также широко варьирует. В миелине оно составляет 0,43. В эритроцитарных, печеночных и митохондриальных мембранах оно значительно больше, а в бактериальных достигает 4 и более. Следует иметь в виду, что при сущеЪтвующих методах выделения мембранных фракций часть гидрофильных белков теряется (Комиссарчик, Левин, 1974), так что указанные соотношения белок — липид в нативных мембранах могут быть значительно выше. Если попытаться связать эти данные с тем, что известно о структуре мембран, то можно заметить, что, чем больше белка в мембране, тем лучше выражена их глобулярность. Так, для миелина, судя по рентгеноструктурным и электронно-микроскопическим данным, глобулярность выражена значительно слабее, чем у других клеточных мембран с большим содержанием белка. Имеются также прямые рентгеноструктурные 'данные о влиянии белков на структурную организацию липидных молекул в жидких кристаллах.
Таким образом, можно предположить, что структура гидрофобного остова мембран существенно меняется от белковых и других нелипидных компонентов, располагающихся в периферических гидрофильных слоях.
Примембранные слои
В этой связи приобретает особое значение характеристика белковых и других нелипидных примембранных слоев. Эти слои в ряде случаев образуют структурный и функциональный комплекс, который, по сути дела, ни физически, ни логически нельзя отделить от тонкой 75 А мембраны. За счет этих слоев толщина мембраны увеличивается. Имеются прямые рентгеноструктурные исследования, указывающие на существование более толстых мембран. Так, показано (Burge, Draper, 1967), что основной период повторения мембран бактериальных клеток, соответствующий толщине одной мембраны, составляет 144 А. В случае обработки этих мембран для их изучения в электронном микроскопе основной период оказывается равным 90 А.
ГЛАВА 1 СТРУКТУРА И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН 21
Рентгеноструктурные данные о существовании более толстых мембран получены также на выделенных и ориентированных мембранах зндоплаз-матической сети, тенях эритроцитов и мембранах щеточной каймы кишечника (Finean et al., 1968; Lumbrick, Finean, 1970). При электронномикроскопическом исследовании теней эритроцитов быка (при pH 6,3) и выделенной «тяжелой» фракции плазматических мембран нервов краба удалось выявить дополнительный материал, тесно примыкающий к тонкой липопротеиновой мембране (Комиссарчик и др., 1971; Свиридов и др., 1973).
Усовершенствованные электронно-микроскопические методики позволяют в настоящее время обнаружить такие слои на мембранах разных клеток. На рис. 6 приведены микроворсинки всасывающей клетки кишечника. Видно, что наряду с хорошо выявляемой трехслойной структурой плазматической мембраны обнаруживается слой фибриллярного материала, непосредственно к ней примыкающего. Он образует губчатую структуру с размером ячеек 40—200 А. Толщина этого слоя порядка 0,05—0,10 мкм и варьирует от клетки к клетке. Этот слой не удаляется ЭДТА и рядом муколитических и протеолитических ферментов, но оказывается нестабильным при выделении и центрифугировании одиночных клеток и щеточных каемок (Комиссарчик, Уголев, 1970). Установлено, что химические компоненты этого слоя синтезируются всасывающей клеткой, а не являются продуктом секрета (Ito, 1969).
Существуют также данные, полученные методами химической фиксации, указывающие на существование слоя материала, примыкающего с цитоплазматической стороны 75 А мембраны. На цитоплазматической поверхности аксолемы гигантских аксонов кальмара обнаружены локальные утолщения, которые обладали К -J- Na-активируемой АТФазной активностью (Villegas G., Villegas R., 1968; Villegas, 1969). Внутренний примембранный слой был выявлен также на эритроцитарных мембранах (Harris, 1969), на мембранах простейших (Комиссарчик, Снигиревская, 1973) и других объектах.
Более четко и постоянно поверхностные слои с внутренней стороны мембраны обнаруживаются при применении физических методов препарирования объектов для электронно-микроскопических исследований. При использовании метода быстрого замораживания с последующей возгонкой витрифицированной воды в глубоком вакууме при низкой температуре удается сохранить большую часть цитоплазмы зкзокринных клеток поджелудочной железы (Комиссарчик, Левин, 1968). На рис. 7, а показаны мембраны эндоплазматического ретикулума и митохондрий. Гидрофобная срединная часть мембраны представлена в виде более светлой линии. В пределах этой структуры выявляются глобулы размером 40—50 А. Со стороны гиалоплазмы к этой структуре примыкает довольно толстый слой злектронно-оптически плотного материала. Слой, примыкающий с противоположной стороны, значительно тоньше. Необходимо учесть, что в данном случае объект не фиксировали осмием. Его злектронно-оптиче-ская плотность определяется только взаимодействием структурных компонентов мембраны с уранилацетатом, который связывается с ними электростатически. Из этого следует, что материал примембранных слоев более полярен, чем срединная часть мембраны. Аналогичные сведения о наличии толстого примембранного слоя получены и при использовании другого физического метода — замораживания с замещением. На рис. 7, б виден
