Главная > Разное > Биология и квантовая механика
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

12.2. Динамические модели клеточных мембран

Исследования структуры биологических мембран, выполненные в последние годы различными методами (электронный парамагнитный резонанс, ядерный магнитный резонанс и др.), показали, что эти структуры не статические, а динамические. При физиологических температурах (около 37° С) белки и липиды могут совершать диффузионные движения вдоль поверхности мембраны. По своим свойствам липидный двойной слой в мембранах напоминает жидкие кристаллы. Поперек мембраны могут совершать диффузионное движение (раздвигая хвосты липидных молекул) белковые молекулы -

переносчики (см. § 13). Вблизи голов липидных молекул структура двойного слоя более упорядочена, чем вблизи хвостов. Центральная область двойного слоя толщиной 10—15 А совершенно неупорядочена. Хвосты липидных молекул могут изгибаться и совершать трансляционные смещения.

Подвижность липидных молекул и молекул-переносчиков в мембране зависит от температуры и степени ненасыщенности связей между углеродными атомами углеводородных хвостов липидных молекул. Чем больше ненасыщенных связей, тем подвижнее молекулы при данной температуре.

Возможность диффузионного движения молекул двойного липидного слоя и растворенных в нем белковых молекул имеет большое значение для выполнения мембранами их физиологических функций. При понижении температуры подвижность липидных молекул уменьшается и замирают многие физиологические процессы.

Температура, при которой живет клетка, сказывается на количестве ненасыщенных связей в цепях жирных кислот липидных молекул. Например, бактерии, растущие при низкой температуре, имеют мембраны с большим числом ненасыщенных связей между атомами углерода, входящими в состав хвостов липидных молекул, чем те, которые живут при более высокой температуре. Клетки ног северного оленя, расположенные ближе к копытам, имеют мембраны с большим числом ненасыщенных связей между атомами углерода липидных молекул, чем клетки частей ног, расположенных ближе к туловищу. Эта разница обусловлена более низкой температурой нижних частей ног северного оленя.

Подвижность и характер расположения белковых молекул на мембранах разного типа существенно различаются. Вследствие взаимодействия между белковыми молекулами они часто собираются на мембранах в комплексы, выполняющие определенные физиологические функции.

В мембранах митохондрий имеются комплексы, состоящие из пяти типов белков. Четыре из них участвуют в цепи электронного транспорта (см. п. 16.1), пятый синтезирует молекулы АТФ. Такой комплекс обеспечивает связь цепей электронного транспорта с синтезом АТФ. В мембранах эритроцитов большие белковые молекулы спектрина, лежащие со стороны внутренней поверхности мембраны, связаны с проникающими через мембрану другими белковыми молекулами, в частности с молекулами гликопротеинов, выступающих с внешней стороны поверхности мембраны.

В цитоплазматических мембранах расположение отдельных белковых молекул и их комплексов контролируется сетью микротрубочек и микронитей, расположенных со стороны внутренней поверхности мембраны.

Наиболее хорошо изучено движение белковых молекул в фоторецепторных мембранах внешних дисков палочек сетчатки глаза. Эти мембраны содержат белковые молекулы одцого типа — родопсин. Поэтому их можно исследовать с помощью рентгеноструктурных методов. Муминг Пу и Коне [198] показали, что молекулы родопсина расположены равномерно по поверхности мембраны, углубляясь в нее примерно наполовину. Эффективный диаметр молекул равен 45 А, средние расстояния между молекулами 70 А. При 20° С молекулы родопсина совершают диффузионные движения вдоль поверхности мембраны. При этом средняя длина свободного пробега равна примерно 25 А. Среднее время столкновений между молекулами . Вязкость липидного слоя в десятки и сотни раз превышает вязкость воды.

Итак, согласно современным представлениям [198, 128, 227, 86], клеточные мембраны являются мозаичными структурами, содержащими в замкнутом двойном слое липидных молекул ориентированные двумерные растворы белковых молекул, гликопротеинов, гликолипидов и полисахаридов. Основу мозаичной структуры образует двойной слой липидных молекул с ионными и полярными группами атомов, лежащими на поверхности мембраны, соприкасаясь с водой.

Вследствие наличия в двойном слое «островков» белковых молекул, плавающих в липидном слое, некоторые мембраны имеют неодинаковую толщину. Наименьшая их толщина — в областях с открытыми головами липидных молекул, наибольшая — в областях выступающих полисахаридных цепей.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление