Введение

Все биоструктуры по своей природе динамичны, и при изучении их функций нужно учитывать подвижность компонентов, из которых эти структуры состоят. Это относится к энзимам, нуклеотидам и, конечно, к липидным мембранам. В жидкостномозаичной модели, в центре которой находится представление о подвижности мембранных компонентов, мембрана рассматривается как некое липидное море, в котором свободно плавают глобулярные белки. За последние два десятилетия было опубликовано множество работ, посвященных количественным и качественным аспектам динамики мембранных компонентов. Во многих из них использовались спектральные методы и спектроскопия магнитного резонанса. В результате была создана весьма полезная физическая картина мембран, иллюстрирующая способы перемещения мембранных белков и липидов и их взаимодействия. Кроме того, были разработаны специальные методики, направленные на изучение динамических свойств мембран. Многое в этой области остается неясным, но уже определены основные направления будущих исследований.

Главным побудительным мотивом в изучении мембранной динамики служит ее связь с биологическими функциями мембран. Необходимым условием протекания одних ферментативных процессов является свободная диффузия мембраносвязанных компонентов в плоскости бислоя, другие же процессы могут осуществляться лишь при ограниченной подвижности мембранных компонентов. Между шероховатым и гладким эндоплазматическими ретикулумами, комплексом Гольджи и плазматической мембраной происходит быстрый обмен различными веществами, и тем не менее их состав и функции различаются. Чтобы понять суть этих и многих других биологических феноменов, необходимо прежде всего выяснить фундаментальные аспекты динамических свойств мембран. Поперечная асимметрия в распределении липидов, а возможно, и пассивная проницаемость бислоев очевидным образом связаны со скоростью трансмембранного флип-флоп-переноса липидов. Биогенез мембран зависит от скорости обмена липидов между различными мембранами. Скорость ферментативных реакций, протекающих с участием мембраносвязанных компонентов, зависит от скорости латеральной диффузии компонентов мембран. Наконец, липидно-белковые взаимодействия зависят от скорости, с которой происходит обмен липидами между ближайшим окружением белков и остальным объемом мембраны.

Диапазон движений, происходящих в мембране, весьма широк: от молекулярных колебаний с частотой порядка 10~14 с до трансмембранного флип-флоп-переноса липидов, характерное время которого может достигать несколько суток. На рис.1 в общем виде представлены некоторые из этих процессов, а также указаны временные пределы чувствительности различных биофизических методов. Величины, приведенные на рисунке, различаются на 20 порядков, поэтому термины «быстрый» и «медленный» не могут адекватно характеризовать различные типы движений. Из рисунка видно также, что одни методы позволяют получить статичную картину мембраны, поскольку характерное время соответствующих движений больше, чем время измерений, в то время как другие методы дают усредненную по времени картину, поскольку время перемещения молекул гораздо меньше, чем время измерения.

Рассмотрим два главных типа экспериментов. Первые основаны на использовании внутримембранных зондов для изучения текучести мембраны. Индикаторами физического состояния мембраны, а также характера липидно-белковых взаимодействий могут служить низкомолекулярные ЭПР-метки и флуоресцентные зонды.

Второй тип экспериментов направлен на прямое измерение латеральной диффузии мембранных белков или липидов и вращательной способности белков внутри бислоя. Исследуются также молекулярные взаимодействия в бислое, поскольку они влияют на динамику изучаемых молекул.

рис.1. – Характерные частоты мембранных движений.

рис.2 Типы движений молекул в мембране.


Другое по теме:

Ферментативные процессы мехового производства. Отмотка мехового сырья
В последние годы предложено много методик отмотки меховых шкурок с помощью ферментных препаратов. Для более эффективного воздействия на межволоконные вещества кожевенной ткани меховых шкур целесообразно использовать ферментные препараты, ...

Земля: происхождение и динамика геосфер
Разработка космогонических гипотез является результатом усилий многих ученых (Декарт, 1644; Кант, 1775; Лаплас, 1796; в XX столетии -О.Шмидт, Х.Альвен, Ф.Хойл, А.Камерон, Э.Шацман и др.). Сейчас считается общепризнанным, что планеты возн ...

Результаты исследования и их обсуждение. Определение адреналина, адренокортикотропного гормона, кортизола и кортикостерона в сыворотке крови спортсменов и не спортсменов в норме
В ходе работы были получены следующие результаты. Уровень адреналина у спортсменов и контрольной группы до нагрузки имел практически одинаковые показатели (рис. 1). Уровень АКТГ у спортсменов в физиологическом состоянии был выше, чем у ко ...