Трансмембранная асимметрия липидов

Клеточные мембраны замкнуты, причем их внутренние и внешние поверхности различаются по липидному и белковому составу. Это особенность мембран называют трансмембранной асимметрией Данное свойство является характерной особенностью природных клеточных мембран, определяющей их роль в передаче сигналов в клетку.

Известно несколько механизмов, обеспечивающих асимметричное распределение фосфолипидов. Один из них связан с термодинамической вероятностью распределения липидов в соответствии состерео - конфигурацией их молекул. Асимметрия в распределении липидов в бислое возникает прежде всего потому, что при замыкании мембранного бислоя липиды с более объемными полярными «головками» за счет градиента кривизны мембраны стремятся остаться в наружном монослое, так как в нем больше площадь поверхности, приходящаяся на полярную «головку». По этой причине основная часть фосфатидилхолина, сфингомиелина, полифосфоинозитидов, холестерина, цереброзидов и сульфатидов локализована в наружном слое, а аминофосфолипиды (фосфатидилзтаноламин и фосфатидилсерин) находятся во внутреннем слое, обращенном в цитоплазму. Это соответственно приводит к различиям в заряде фосфолипидов и гидратации их полярных «головок» по обе стороны бислоя.

Неодинакова и степень ненасыщенности жирнокислотных цепей в составе монослоев: во внутреннем обнаруживается 2/3 всех двойных связей в жирных кислотах липидов, а в наружном - только второй механизм поддержания асимметрии бислоя реализуется за счет различий в составе среды по обе его стороны в условиях нативной клетки. С внеклеточной стороны мембрану окружает среда с высоким содержанием натрия и кальция, а со стороны цитоплазмы мембрана контактирует со средой, имеющей повышенную концентрацию магния и калия. Различия ионного состава вне- и внутриклеточной среды также играют роль в формировании и поддержании изгибов мембраны, т. е. «закрепляют» асимметрию бислоя. Именно этот фактор обеспечивает создание градиента кривизны, складок, сморщиваний, облегчает отшнуровку частей биологической мембраны в виде везикул, что имеет значение для реализации межклеточных взаимодействий.

Асимметрия бислоя обеспечивается также ферментами липидного обмена, к которым преище всего относятся фосфолипазы, ферменты обмена холестерина и метилазы фосфатидилэтаноламина. Метилирование фосфатидилэтаноламина с превращением его в фосфатидилхолин осуществляется в два этапа и происходит в разных слоях липидного матрикса. Образование монометилфосфатидилэтаноламина под влиянием метилтрансферазы I осуществляется во внутреннем слое, где и локализован фермент. Монометилфосфатидилэтаноламин переходит из внутреннего слоя во внешний, там под действием метилтрансферазы II завершается его превращение в фосфа-идилхолин. Этот транслокационный процесс меняет жидкостность мембраны и рассматривается как фактор, стимулирующий важные процессы в мембране: связывание рецепторов с лигандами, Са-индуцируемое освобождение медиаторов из синаптических окончаний, активацию мембранных АТФаз. Асимметричность мембранного бислоя может поддерживаться транспортом липидов: спонтанным, везикулярным или происходящим с участием липид переносящих белков. Низкомолекулярные липид переносящие белки обладают различной специфичностью к разным липидным молекулам (от высокоспецифических, обеспечивающих обмен одного или двух компонентов, до сравнительно мало-специфических, связывающих и переносящих липиды разных классов), они также вносят свой вклад в поддержание асимметрии мембран. Эти белки транспортируют липиды, образуя с ними устойчивые гидрофильные комплексы.

Подвижность компонентов липидного бислоя

Структурная организация липидного бислоя мембраны не лишает его компоненты динамичности, которая возникает из-за передвижения отдельных липидных молекул в пределах мембранной структуры.

В изотропной жидкости молекулам присущи разные виды подвижности: вибрационные колебания, вра-щение, трансляционные движения. В анизотропном бислое, напротив, молекулярная подвижность его компонент упорядочена. Различные типы подвижности проиллюстрированы рисунком 1.15. Молекулы фосфолипипов способны к нескольким видам подвижности в бислое: изменение ориентации полярных «головок»; латеральная подвижность; колебательная подвижность ацильных цепей; образование кинков и их перемещение вдоль ацильных цепей в поперечном направлении;ротационная подвижность (вращение вокруг длинной оси); перекоп с одной стороны бислоя на другую, (по типу флип-флоп); выход из бислоя.

Рассмотрим некоторые виды подвижности молекул фосфолипидов подробнее.

Поиск по сайту: