Навигация
Структура и свойства мембранных липидов
31746
знаков
0
таблиц
14
изображений
Структура и свойства мембранных липидов
Прежде чем перейти к биологическим мембранам, следует детально проанализировать структуру липидного бислоя, а также термодинамические принципы, определяющие его стабильность. Кроме того, некоторые липиды самопроизвольно образуют структуры, не имеющие бислойной организации, и эти липиды, как полагают, играют особую роль в мембранах. Мы рассмотрим структуру и термодинамику водно-липидных систем, уделяя основное внимание тем характеристикам, которые позволяют глубже понять свойства биологических мембран.
1. Жидкие кристаллы
С помощью ренгтеноструктурного анализа установлена с высоким разрешением пространственная структура ряда мембранных липидов. К ним относится лизофосфатидилхолин, димиристо-илфосфатидная кислота, димиристоилфосфатидилхолин, дилауроилфосфатидилэтаноламин, димиристоилфосфатилглицерол и цереброзид. Кристаллы этих липидов содержат очень мало воды, однако пространственная структура липидов в них оказалась подобна той, которую они имеют в полностью ги-дратированном состоянии. На рис. представлена пространственная структура некоторых из этих мембранных липидов в кристаллах. Атомы углерода остатка глицерола и соответствующие атомы Сфингозина выделены черным цветом. На рис. указаны некоторые структурные параметры, используемые для описания конфор-мации липидов.
Рассмотрим кристаллическую структуру дилауроилфосфатидил-этаноамина и укажем наиболее характерные ее особенности.
1. Площадь, приходящаяся на молекулу, составляет 39 А2.
2. Полярная головка в целом ориентирована параллельно плоскости бислоя. При этом аминогруппа образует водородную связь с неэтерифицированными атомами кислорода фосфатной группы соседней молекулы. Остаток глицерола ориентирован перпендикулярно плоскости бислоя.
3. Жирнокислотная цепь sn-2 сначала идет параллельно поверхности бислоя, а после второго углеродного атома направляется в глубь бислоя.
4. Ацильные цепи расположены перпендикулярно поверхности бислоя и, за исключением начального участка sn-2 жирнокислотной цепи, максимально вытянуты, т. е. имеют полностью-ти/имс-конфигурацию.
Кристаллические структуры фосфатидилхолина и цереброзида во многом сходны со структурой фосфаридилэтаноламина, хотя и
имеют ряд важных отличий. Наиболее значительное и явное из них состоит в наклоне ацильных цепей, сильно выраженном в случае цереброзида. Этот наклон связан с наличием стерических препятствий для упаковки молекул. Объемные полярные головки фосфати-дилхолина и цереброзида не позволяют им упаковываться в сравнительно простые структуры, как в случае дилауроилфосфатидилэта-ноламина. Площадь S, необходимая для размещения этих головок, превышает величину 39 А2, приходящуюся на поперечное сечение ацильных цепей каждой молекулы. В случае цереброзида эта проблема решается за счет наклона ацильных цепей по отношению к плоскости бислоя. В результате существенно увеличивается площадь проекции поперечного сечения ацильных цепей на плоскость бислоя. На рис. схематично показано, как благодаря наклону цепей сохраняется взаимодействие между цепями соседних молекул и обеспечивается размещение объемных полярных групп. Жирнокислотные цепи димиристоилфосфатидилхолина отклоняются от нормали к поверхности бислоя всего на 12°, тогда как в случае цереброзида это отклонение достигает 41°. Проблема упаковки объемных полярных групп диацилфосфатидилхолина может быть решена путем поочередного смещения соседних молекул вдоль нормали к бислою, как схематически показано на рис. Л Имеются убедительные данные и о значительном наклоне цепей в гелевой фазе полностью гидратированных липидных бислоев. Это наглядный пример того, как простые стерические соображения, учитывающие «форму» липидных молекул, оказываются весьма полезными при рассмотрении пространственной структуры липидов.
В кристаллах всех изученных липидов, за исключением фосфа-тидной кислоты, начальный участок 5«-2-жирнокислотной цепи направлен параллельно поверхности бислоя. Об этой особенности расположения цепей свидетельствовали также результаты ЯМР-иссле-дований фосфатидилэтаноламиновых и фосфатидилхолиновых бислоев, а также фосфолипидов в мембранах Е. coli. Физиологическая значимость этой структурной особенности неясна. Однако отмечалось, что в яичном фосфатидилхолине средняя длина sn-2-жирнокислотной цепи равна 18 углеродным атомам, а средняя длина sn-1-цепи — 16. По-видимому, это позволяет скомпенсировать излом жирнокислотной цепи во втором положении остатка глице-рола так, что обе ацильные цепи оказываются погруженными в бислой на одну и ту же глубину.
Итак, можно отметить пять основных особенностей кристаллической структуры, которые важны при рассмотрении строения липидных бислоев.
1. Все изученные структуры имеют ламеллярную организацию с таким же расположением полярных и неполярных групп, как и в бислое.
2. Некоторые липиды, например фосфатидилхолины и церебро-зиды, имеют объемные полярные головки, из-за чего возникают затруднения при упаковке молекул. Соотношение между указанными молекулярными параметрами играет важную роль при упаковке мембранных липидов не только в кристаллах, но и в модельных мембранах, а также, вероятно, и в биологических мембранах.
3. Как правило, полярные головки липидных молекул расположены в плоскости бислоя, что способствует образованию межмолекулярных водородных связей.
4. Ацильные цепи находятся в полностью-трансконфигурации.
5. В большинстве случаев.ул-2-жирнокислотные цепи начинают углубляться в бислой только после атома С-2.
Эти структурные особенности характерны и для ламеллярных систем, образуемых водно-липидными смесями в фазе геля и/или в жидкокристаллической фазе. Изучение пространственного строения липидов в кристаллах имеет важное значение при рассмотрении конформационного состояния липидов в биологических мембранах.
Похожие работы
... является курсом, для изучения которого необходимо наличие знаний об основных принципах организации биологических молекул, строении и механизмах действия ферментов. Дисциплина биохимия мембран относится к дисциплинам специализации федерального компонента. 5. Распределение времени, отведенного на изучение дисциплины по учебному плану Форма учебной работы Форма обучения Очная По ...
... к уменьшению латеральной диффузии. 5. Липидно-белковые взаимодействия Большинство методов, применяемых для изучения упорядоченности и динамических свойств мембран, используется и для исследования липидно-белковых взаимодействий. Работы по изучению этих взаимодействий были в основном направлены на выяснение влияния мембранных белков на физическое состояние липидов. Рассмотрим типичную мембрану ...
... животных клеток, а фосфатидилэтаноламин — это нередко основной липид бактериальных мембран. В табл. представлен ряд жирных кислот, наиболее часто встречающихся в составе фосфолипидов, а в табл. приведен жирнокислотный состав клеточных мембран печени крысы. Жирные кислоты почти всегда содержат четное число атомов углерода в пределах от 14 до 24. Наиболее распространены кислоты С16, С18 и С20. ...
... - восстановительные. 5.Ферменты патогенности (вирулентности). Ферментный состав клетки определяется геномом и является достаточно постоянным признаком. Знание биохимических свойств микроорганизмов позволяет идентифицировать их по набору ферментов. Основные продукты ферментирования углеводов и белков- кислота, газ, индол, сероводород, хотя реальный спектр для различных микроорганизмов намного ...
0 комментариев