мембранні білки
МЕМБРАННІ БЕЛКИ
Білки, асоційовані з бішару
Таблиця 42.2. Ферментні маркери різних мембран
Число різних білків в мембрані варіює від 6-8 в саркоплазматическом ретикулуме до більш ніж 100 в плазматичній мембрані. Це ферменти, транспортні білки, структурні білки, антигени (т. Е. Білки, що визначають гістосумісності) і рецептори для різних молекул. Оскільки кожна мембрана характеризується своїм набором білків, говорити про існування якоїсь типової структури мембран можна. У табл. 42.2 представлені ферментативні дії, якими деяким типам мембран.
Мембрани є динамічними структурами. Мембранні білки і ліпіди постійно оновлюються. Швидкості оновлення різних ліпідів, як і різних білків, варіюють у широкому діапазоні. Самі мембрани можуть оновлюватися навіть швидше, ніж будь-який їх компонент. Більш детально це питання буде розглянуто в розділі, присвяченому ендоцитозу.
асиметрія мембран
Асиметрія є важливою властивістю мембран і, мабуть, частково пов'язана з нерівномірним розподілом білків в мембрані. Трансмембранная асиметрія може бути обумовлена і різної локалізацією вуглеводів, пов'язаних з мембранними білками. Крім того, на зовнішній або внутрішній стороні мембрани можуть бути розташовані якісь специфічні ферменти; це стосується як мітохондріальних, так і плазматичних мембран.
Мембрани мають також локальної асиметрією. У деяких випадках (наприклад, в щіткової облямівки клітин слизових оболонок) вона проявляється майже на макроскопічному рівні. В інших випадках (наприклад, в області щілинних контактів, щільних контактів і синапсів, що займають дуже невелику частину площі мембрани) області локальної асиметрії невеликі.
Спостерігається також асиметрія в розподілі фосфоліпідів між зовнішньою і внутрішньою сторонами мембран (поперечна асиметрія). Так, холінсодержащіе фосфоліпіди (фосфатидилхолін і сфингомиелин) розташовуються в основному в зовнішньому молекулярному шарі, а амінофосфоліпіди
(Фосфатіділсерін і фосфатіділетаноламін) - переважно у внутрішньому. Холестерол зазвичай міститься в зовнішньому шарі у великих кількостях, ніж у внутрішньому. Очевидно, що якщо така асиметрія в принципі існує, то поперечна рухливість (шльопанці) мембранних фосфоліпідів повинна бути обмежена. І справді, для фосфоліпідів в синтетичних бішару характерна виключно низька швидкість перескоків - час існування асиметрії може вимірюватися днями або тижнями. Однак при штучному включенні в синтетичні бішари деяких мембранних білків, наприклад еритроцитарного білка глікофорину, частота шльопанці-переходів фосфоліпідів може зрости в сотню разів.
Механізми асиметричного розподілу ліпідів поки не встановлені. Беруть участь в синтезі фосфоліпідів ферменти локалізовані на цитоплазматичної стороні мембран мікросомних везикул. Таким чином, можна припустити, що існують транслокази, які переносять певні фосфоліпіди від внутрішнього шару до зовнішнього. Крім того, в обох шарах можуть бути присутніми специфічні білки, переважно зв'язують ті або інші фосфоліпіди і призводять до їх асиметричному розподілу.
Інтегральні і периферичні мембранні білки
Більшість мембранних білків є інтегральними компонентами мембран (вони взаємодіють з фосфоліпідами); майже всі досить повно вивчені білки мають протяжність, що перевищує 5-10 нм, - величину, рівну товщині бислоя. Ці інтегральні білки зазвичай представляють собою глобулярні амфіфільних структури. Обидва їх кінця гідрофільних, а ділянку, що перетинає серцевину бислоя, гидрофобен. Після встановлення структури інтегральних мембранних білків стало ясно, що деякі з них (наприклад, молекули білків-переносників) можуть перетинати бішар багаторазово, як це показано на рис. 42.7.
Інтегральні білки розподілені в бішарі асиметрично (рис. 42.8). Якщо мембрану, яка містить асиметрично розподілені інтегральні білки, розчинити в детергенти, а потім детергент повільно видалити, то станеться самоорганізація фосфоліпідів і інтегральних білків і сформується мембранна структура, але білки в ній вже не будуть специфічним чином орієнтовані. Таким чином, асиметрична орієнтація в мембрані принаймні деяких білків може здаватися при їх включенні в ліпідний бішар. Зовнішня гидрофильная частина амфіфільних білка, яка, звичайно, синтезується всередині клітини, повинна потім перетнути гідрофобний шар мембрани і в кінцевому підсумку виявитися зовні.
Мал. 42.7. Передбачувана модель переносника глюкози у людини. Передбачається, що переносник перетинає мембрану 12 разів. Перетинають мембрану ділянки можуть утворювати амфіфільних а-спіралі з амидной і гідроксильної бічними групами і, мабуть, пов'язують глюкозу або утворюють канал для її перенесення. Аміно - і карбоксильний кінці ланцюга знаходяться на цитоплазматичної поверхні. (З роботи Mueckler et al. Sequence and structure of a human glucose transporter. Science, 1985. 229, 941, з люб'язного дозволу.)
Молекулярні механізми організації мембран ми обговоримо пізніше.
Периферичні білки не взаємодіють з фосфоліпідами в бішарі безпосередньо; замість цього вони утворюють слабкі зв'язки з гідрофільними ділянками специфічних інтегральних білків. Наприклад, анкирин, периферичний білок, пов'язаний з інтегральним білком смуги III еритроцитарної мембрани. Спектрин, який утворює скелет мембрани еритроцита, в свою чергу пов'язаний з анкирином і, таким чином, відіграє важливу роль у підтримці двояковогнутой форми еритроцита. Молекули імуноглобуліну є інтегральними білками плазматичної мембрани і вивільняються тільки разом з невеликим фрагментом мембрани. Інтегральними білками є багато рецептори різних гормонів, і специфічні поліпептидні гормони, зв'язуються з цими рецепторами, можна, таким чином, вважати периферійними білками. Такі периферичні білки, як пептидні гормони, можуть навіть детермінувати розподілення у площині бішару інтегральних білків - їх рецепторів (див. Нижче).