Биологические функции мембранных липидов

Клеточная мембрана может содержать более 100 различных типов липидных молекул. Почему их так много и почему каждая мембрна имеет уникальный липидный состав, пока неясно. Очевидно, что соотношение липидов в различных мембранах мозга не является случайным.Становится все более очевидным то, что липиды активно участвуют в процессах, обеспечиваемых мембранами. Рассмотрим факторы, определяющие специфику липидного состава мембран нервной ткани.

1. Смесь липидов обязательно должна быть способной к образованию стабильного бислоя, в котором функционируют белки.

2. Некоторые липиды способствуют стабилизации сильно искривленных участков мембраны, образованию контактов между мембранами или связыванию определенных белков, поскольку форма подобных молекул соответствует нужной упаковке бислоя на тех или иных участках мембраны. По форме липидных молекул можно определить роль отдельных липидов в бислое, например в стабилизации участков мембраны с большой кривизной и упаковке молекул вокруг мембранных белков. Так, форма «конус», которая присуща таким липидам, как фосфатидилэтаноламин (ненасыщенный), кардиолипин, фосфатидная кислота, фосфатидилсерин (рН < 4,0), моногалактозилдиглицерид, способствует образованию вогнутой формы мембранного бислоя; форма «перевернутый конус», свойственная лизофосфолипидам, приводит к образованию выпуклых участков липидного бислоя мембран.

3. Ряд липидов - важные биореryляторы. Некоторые мембранные липиды служат предшественниками вторичных посредников при передаче гормонального сигнала. Наиболее изучены в этом отношении производные фосфатидилинозитола в плазматических мембранах эукариотических клеток. Так, фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат (ФИФ2) под действием фермента фосфолипазы С гидролизуется до диацилглицерола (DAG) - активатора протеинкиназы С и инозитол-1,4,5-трис-фосфата (ИФ3) - регулятора кальциевого обмена в клетке. DAG, ИФ3, протеинкиназа С и ионы кальция - участники фосфоинозитольной системы передачи сигнала, причем два первых образуются из мембранных компонентов, третий является амфипатическим мембранным белком, а кальций - это ион, проникающий через специаль-ные каналы на клеточной мембране и запускающий этот процесс.

4. Отдельные липиды необходимы для поддержания оптимальной активности ряда ферментов. Они формируют среду для функционирования мембранных белков, способных принимать нативную конформацию лишь в гидрофобном окружении. Ферменты, лишенные специфического липидного окружения, или не проявляют каталитической активности, как ионные насосы (транспортные АТФазы), или проявляют отличные от нативных ферментов свойства. Такова, например, митохондриальная креатинкиназа - фермент, катализирующий образование креатинфосфата и принимающий участие в поддержании энергетического баланса в мозге. Для его нормальной активности требуется взаимодействие с кардиолипином внутренней мембраны митохондрий.

5. Ганглиозиды, как полагают, играют важную роль в регуляции роста и дифференцировки клеток,участвуя в процессах клеточной адгезии.

6. Некоторые липиды выполняют «якорную» функцию, например к молекуле фосфатидилинозитола через олигосахарид могут присоединяться специфические белки наружной поверхности клетки и при этом образуется фосфатидилинозитолгликан. Примером такого «заякоренного» белка может служить ацетилхолихолестераза, катализирующая гидролиз ацетилхолина в синаптической щели. Этот фермент фиксируется на постсинаптической мембране, ковалентно присоединяясь к фосфатидилинозитолгликану. При участии фосфолипазы С (гидролизующей мембранные липиды) может происходить модификация мембраны и отделение белков от внешней поверхности клетки.

7. липиды могут быть аллостерическими активаторами мембранных ферментов (например, фосфатидилсерин активирует протеинкиназу С). Фермент протеинкиназа С катализирует реакции фосфорилирования белков. Семейство протеинкиназ С (ПК С) включает несколько изоферментов – альфа,вета и гамма изоформы ПК С. Изоформа гамма-ПК С локализована

исключительно в нейронах головного и спинного мозга, в то время как альфа и вета ПК С присутствуют и в других тканях. В головном мозге протеинкиназа С встречается преимущественно в мозжечке, гиппокампе и коре. В неактивной форме протеинкиназа С находится в цитозоле. Однако после стимуляции клетки (приводящей к повышению в ней концентрации ионов кальция) фермент изменяет свою конформацию и приобретает способность ассоциироваться с плазматическлй мембраной. Функционально активная протеинкиназа С представляет собой комплекс, содержащий мономер фермента, молекулу диацилглицерола, один или более ионом кальция и четыре молекулы фосфатидилсерина. Обнаружено, что мутации гена ПК С вносит вклад в развитие болезни Паркинсона. Установлено также участие изоформы гамма-ПК С в развитии ишемического инсульта. Одним из центральных событий в развитии ишемического инсульта является высвобождение экзайтоксической аминокислоты глутамата, приводящее к смерти нейрона. Через рецепторы NMDA глутамат вызывает приток ионов Са2+ и Na+ в клетку, а также генерацию свободных радикалов. Изоформа гамма ПК С быстро активируется в течение ишемии, соответственно ингибирование ПК С снижает вызванную NMDA нейротоксичность. Использование мышей с подавленным синтезом ПК С позволяет предположить, что гамма ПК С может играть отрицательную роль в процессе мозговой ишемии; как показано с помощью гистологических методов, мыши нокаута ПК С имеют значительно меньше инфарктов по сравнению с животными дикого типа.

Миелин

Аксоны некоторых нейронов защищены с поверхности миелиновой оболочкой, образованной шванновскими клетками, обвивающими аксон. Места, в которых он не покрыт миелиновой оболочкой, называются перехватами Ранвье.

Миелин — фосфолипид-диэлектрик, окружающий аксоны многих нейронов. Миелин является продуктом глиальных клеток — клеток Шванна (в периферической нервной системе) и олигодендроцитов (в центральной нервной системе). Синтез миелина является отличительной особенностью позвоночных, однако у некоторых беспозвоночных миелин является продуктом параллельной эволюции.

Содержание воды в миелине составляет около 40%.Отличительная особенность миелина по сравнению с другими клетками заключается в том, что содержание в среднем 70% липидов и 30% белка.

Липиды миелина ЦНС. Таблица иллюстрирует липидный состав миелина некоторых объектов. Как видно из таблицы, все липиды, обнаруженные в мозге крысы, присутствуют и в миелине, т. е. нет липидов, локализованных исключительно в немиелиновых структурах (за исключением специфического митохондриального липида дифосфатидилглицерола, не включенного в таблицу. Верно и обратное - нет таких липидов миелина, которые не были бы обнаружены в других субклеточных фракциях мозга.

Поиск по сайту: