Локализация и подвижность белков в мембранном бислое

Мембраны содержат от 20 до 80°/о белка (по весу). При этом в разных мембранах количество белков существенно различается. Так, в мембранах митохондрий доля белков составляет около 75о/о, а в плазматической мембране олигодендроцитов - около 25о/о. Так как липидные молекулы имеют небольшой размер (около 5 А) и небольшую молекулярную массу, их число в несколько десятков раз больше числа белковых молекул. Поэтому белковые молекулы фактически внедрены в липидный бислой мембраны.

Белки различаются расположением в мембране (рис. 1.19). Молекулы интегральных белком могут глубоко проникать в липидный бислой или даже пронизывать его (в этом случае их называют трансмембранными белками). Периферицеские белки прикрепляются к мембране разными способами. Интегральные белки содержат транс - мембранные домены, которые состоят преимущественно из неполярных аминокислотных радикалов и могут пересечь бислой один или несколько раз. Трансмембранные домены обычно имеют структуру альфа-спирали. Интегральные белки могут формировать гидрофильные домены на одной или обеих поверхностях бислоя.

Периферические белки отличаются от интегральных меньшей глубиной проникновения в бислой и более слабыми белок-липидными взаимодействиями (т. е. меньшей зависимостью от бислоя). Периферические белки могут обратимо менять свой статус, прикрепляясь к мембране на определенное время (такие белки называют амфипатическими). Прикрепляясь к мембране, они взаимодействуют либо с интегральнамии беками, либо с поверхностными участками липидного бислоя, приобретая новые свойства.

Деление мембранных белков на периферические и интегральные определяется их структурой, количеством гидрофобных аминокислот и их расположением в первичной структуре, т. е. всеми теми свойствами, которые обеспечивают взаимодействие белка с бислоем. Для амфипатических белков существуют специальные сигналы, стимулирующие их ассоциацию с мембраной (часто таким сигналом является фосфорилирование белков специфическими киназами, изменяющее их третичную структуру и гицрофобность, точнее - лиотропность). К таким белкам, например, относят

протеинкиназу С.

Локализованный в мембране гидрофобный домен или «якорь» является еще одним характерным элементом структуры мембранных белков. С помощью такой структуры происходит закрепление перифе-

Диаметр интегральных мембранных белков в среднем составляет 80 А, но встречаются и более крупные белки – размером до 350 А. Обычно эти белки обладают выраженной асимметрией (см. рис. 1.19). Некоторые из трансмембранныx белков пронизывают мембрану один раз (как гликофорин) - они называются битопическими, другие имеют несколько участков (доменов), последовательно пересекающих бислой, - это политопические белки (рис. 1.20). Монотопические белки относятся к периферическим белкам.

Среди многих регуляторных белков нейрональной мембраны особый интерес в связи с участием в развитии тяжелой патологии мозга — болезни Альцгеймера — представляет так называемый белок вета-АРР — предшественник вета амилоидного пептида образующего на поверхности нейронов больно-го мозга структурные бляшки. Участие вета-АРР в возникновении и развитии болезни Альцгеймера.

АРР и продукты его обмена выполняют важные функции в жизнедеятельности нейрональных клеток. Эти белки обладают нейротрофическими и нейропротекторными свойствами, модулируют рост нервных окончаний и синаптогенез. Они участвуют в обеспечении возбудимости нервных клеток и синаптической пластичности, а также в процессах обучения и памяти. R-АРР обладает многими характеристи-ками, свойственными мембраносвязанным рецепторным молекулам, так как может функционировать как рецептор, сопряженный с G-белками, опосредованно способствуя запуску каскада внутриклеточных сигнальных реакций.

Цитохром b5 имеет единственный гидрофобный сегмент, с помощью которого заякоривается на цитоплазматической поверхности микросомальной мембраны. Это монотопический белок. Интересный пример регулируемого взаимодействия с мембраной был обнаружен при изучении аминокислотной последовательности интактной формы микросомального цитохрома b5.Этот белок участвует в различных окислительно-восстановительных реакциях в качестве переносчика электронов. Его относительно короткий участок пептидной цепи вблизи С- конца сплошь состоит из гидрофобных аминокислот. Если гидрофобный «якорь» удалить с помощью протеолиза, гемсвязывающий домел теряет связь с мембраной и высвобождается в среду.

Мембранные белки битопического типа часто вовлекаются в передачу сигналов через клеточную мембрану. Например, некоторые из рецепторактивируемых цитоплазматических тирозинкиназ являются битопическими белками.

Белки ионных каналов, транспортные АТФазы и большинство рецепторных структур относятся к политопическим белкам.

Белки в бислое достаточно лабильны и могут совершать различные виды движений; их подвижность и возможность ассоциации друг с другом определяются липидным окружением. Некоторые мембранные белки легко перемещаются вдоль бислоя. Например, фосфолипаза А, связываясь с клеточной мембраной (с цитоплазматической стороны), может латерально перемещаться по поверхности бислоя и гидролизовывать несколько тысяч фосфолипидов до тех пор, пока не отделится от мембраны. Латеральная диффузия интегральных белков в мембране ограничена их большими размерами, взаимодействием с другими мембраными белками, а также элементами цитоскелета или внеклеточного матрикса. Однако она также имеет вполне измеримую величину.

Интегральные белки иммобилизуют окружающие их липидные молекулы в так называемый аннулярный слой, в котором эти молекулы обладают ограниченной подвижностью - гидрофобные белок-липидные взаимодействия имеют ту же природу, что и гидрофобные взаимодействия между липидами, и зависят в основном от площади контактов. Таким образм, внедрение интегральных белков в мембрану изменяет свойства, упаковку и подвижность мембранных липидов. Количество связанных липидов зависит от насыщенности мембраны белками. Периферические белки оказывают менее значительное воздействие на состояние и подвижность ацильных цепей фосфолипидов.

Важный белковый компонент мембраны - гликопротеины - белковые молекулы, содержащие углеводные цепочки. Периферические белки или домены интегральных белков, расположенные на наружной поверхности мембраны, почти всегда гликозилированы. Молекулы клеточной адгезии нейронов принадлежат к широко распространенному семейству гликопротеинов клеточной поверхности, внеклеточные домены которых структурно напоминают домены иммуноглобулинов. Некоторые трансмембранные гликопротеипы осуществляют взаимодействие между цитоскелетом и внеклеточным матриксом. Интегрины являются основными представителями трансмембранных рецепторов с этими свойствами.

Неприлизин (нейтральная эндопептицаза-24.11) представляет собой мембраносвязанный гликозилированный белок с молекулярным весом 93кДа. НЕП является цинкзависимой металлопептидазой, он деградирует биологически активные пептиды, такие как опиоидные пептиды, тахикинины, хемотактические пептиды, адренокортикотропный гормон (АКТГ), энкефалин и тем самым прерывает передачу сигнала в пептидэргических синапсах. НЕП расщепляет многие нейропептиды и, следовательно, может регулировать их уровень.

НЕП обнаружен не только в центральной нервной системе, но и во многих периферических тканях. Благодаря своим свойствам НЕП принимает участие в регуляции разнообразны физиологических процессов, включая сердечно-сосудистую деятельность, воспалительные процессы, миграцию и пролиферацию клеток, развитие опухолей. Важно отметить, что НЕП способен разрушать вета- амилоидные пептиды. Даже частичное снижение активности НЕП может приводить к накоплению токсического (вета-амилоида и развитию болезни Альцгеймера.

Углеводные цепочки гликопротеинов имеют разнообразную структуру. Роль гликопротеинов в жизни клетки многообразна. Некоторые из них выполняют функцию ферментов, другие обладают гормональной активностью. Предполагают, что одна из функций процесса гликозилирования — обеспечить возможность транспорта через клеточную мембрану белкам, синтезированным в аппарате Гольджи. Гликопротеины, расположенные на поверхности клеток, ответственны за такие важные процессы, как взаимное распознавание клеток — с их помощью устанавливают межклеточные контакты в многоклеточном организме. Подобные контакты необходимы для адгезии клеток.

Поиск по сайту: