Жирнокислотный и белковый состав биологических мембран

1.

Лекция №2
Жирнокислотный и белковый
состав биологических мембран.

2.

Мембранные белки можно разделить на три большие категории в зависимости
от механизмов взаимодействия с липидным бислоем: интегральные
(трансмембранные), периферические (белок - прикрепленные) и липидзаякоренные. Большинство биологических мембран содержит все типы
мембранных белков. Деление белков на интегральные и периферические
определяется структурой, количеством и расположением гидрофобных
остатков.

3.

Классификация мембранных белков
Топологическая классификация
Биохимическая классификация
основана на локализации
белка по отношению к
липидному бислою
Топологическая классификация
мембранных белков основана на
том, сколько раз белок пересекает
липидный бислой.
основана на прочности
взаимодействия белка с
мембраной
интегральные и поверхностные

4.

Интегральные белки (1,2,3) составляют 70–80% от числа всех
мембранных белков (антигены, рецепторы, транспортные
белки и т. д.). Трансмембранные сегменты интегральных
мембранных белков, пересекают бислой и сворачиваются в αспирали
или
в
β-нити.
Интегральные
белки
имеют трансмембранные спирализованные участки (домены),
которые однократно или многократно пересекают липидный
бислой и прочно с ним связаны; обеспечивают селективный
обмен ионов через каналы мембран а также действуют как
белки — переносчики крупных молекул.
Примеры: белки ионных каналов, белки-транспортеры.
Поверхностные
(периферические)
мембранные
белки,
связанные с гидрофильной поверхностью липидного бислоя.
Удерживаются на мембране с помощью липидного «якоря» и
связаны с др. компонентами мембраны. Почти все
периферические белки
функционируют как энзимы
(ацетилхолинестераза, кислая и шелочная фосфатазы и др.).
Примеры: белки связанные с цитоскелетом, адгезионные
белки.

5.

Способы
прикрепления
мембранных
белков:
1 - связывание с другими «якорными»
белками;
2 – электростатическое связывание с
бислоем;
3 – гидрофобное связывание, без
погружения в бислой;
4 – заякоривание с помощью концевого
сегмента;
5 – заякоривание с помощью ковалентно
связанного липида;
6
–
одиночный
трансмембранный
сегмент;
7 – множественные трансмембранные
сегменты.

6.

Мембранные белки можно разделить на две группы:
- Структурные белки поддерживают структуру всей мембраны. Это
периферические белки, выступающие в роли «молекулярного бандажа». Придают
мембране механические свойства (эластичность и т.д.); Обеспечивают связь
мембраны с цитоскелетом или (в случае с ядерной мембраной) с хромосомами.
Составляют основу всех тканей. Способны проникать в периферические области
липидного бислоя. Представлены
рецепторными белками, белками
клеточной адгезии (с внешней стороны
мембраны), белками, ассоциированными
с цитоскелетом и т.д. Периферические
мембранные белки, обратимо присоединяясь
к биологическим мембранам, могут
регулировать передачу сигнала в
клетке, активацию и конформационные
изменения белков и другие процессы.

7.

Динамические белки:
Выделяют три класса динамических белков:
1)
транспортные – участвующие в трансмембранном переносе веществ; создают устойчивые
транспортные потоки определенных веществ через мембраны. Белки обеспечивают контроль
транспорта растворенных веществ через мембраны клеток. Интегральные белки, контролирующие
мембранную проницаемость, разделяют на три класса – каналы, насосы и транспортеры. Каналы –
мембранные белки, обеспечивающие специфический транспорт ионов или незаряженных молекул в
направлении, противоположном направлению градиента химического или электрохимического
потенциала переносимых веществ. К каналам относятся также аквапорины – белки, через поры
которых переносятся молекулы воды.

8.

3.Мембранные белки – рецепторы различных гормонов (передают сигнал от гормона внутрь
клетки и обеспечивают запуск механизма клеточного ответа) Функции белков-рецепторов
заключаются в передаче информации и ответе клетки на сигнал. Рецепторные белки
специфически связываются с сигнальными молекулами (гормоны, нейромедиаторы) или
реагируют на физические факторы (свет, температура). При связывании они изменяют
конформацию и запускают каскадные биохимические процессы в клетке. В результате этого
реализуется ответ клетки на сигнал.

9.

Функции белков в мембранах
Белки мембран вовлечены практически во все процессы
в клетках:
- транспорт ионов, метаболитов и макромолекул через
мембраны;
- рецепция и передача сигналов;
- перенос электронов;
- прикрепление к внеклеточному матриксу;
- регулирование
внутриклеточного
везикулярного
транспорта;
- контроль липидного состава мембран и т. д.

10.

Функции белков в мембранах
Транспортные белки
(обмен веществ)
- основная функция мембранных белков – транспорт строго определенных молекул
внутрь клетки или из нее
Белки – ферменты
(метаболизм)
- белки выполняют каталитическую функцию, контролируя связанные с мембранами
реакции
Белки - рецепторы
(для передачи информационных сигналов в клетку)
- осуществляют структурную связь цитоскелета с внеклеточным матриксом и служат
рецепторами для получения и преобразования химических сигналов из окружающей
среды

11.

Межклеточное узнавание это специфическое взаимодействие
клетки с другой клеткой или внеклеточным матриксом.
Узнавание клетками друг друга происходит благодаря
заключенным в поверхностном слое клеточной мембраны
специальным структурам (агрегатам), которые осуществляют
восприятие
специфических
химических,
физических,
механических сигналов и обмен информацией между клетками.
Местами «узнавания» являются выступающие на поверхности
клетки углеводные цепи. Они определяют специфичность
клеток:
их
принадлежность
к
определенной
ткани,
биологическому виду или индивидууму. Они ответственны за
«узнавание».
В межклеточных взаимодействиях, которые приводят к
образованию комплексов на поверхности мембраны и их
кооперативному действию, принимают участие разнообразные
силы. Наряду с ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями и
водородными связями существенную роль играют электрические
силы.

12.

Межклеточная
адгезия
(сцепление
поверхностей)
обусловлена межмолекулярным взаимодействием. И
является одновременно и следствие процесса клеточного
узнавания, и механизм его реализации.
Адгезионные белки. Благодаря присутствию этих молекул
клетки способны избирательно связываться с другими
клетками и внеклеточным матриксом.
Адгезивные контакты имеют два общих свойства:
во-первых, они содержат трансмембранные белкирецепторы, которые называются кадгерины. Эти белки
связываются с одноименными белками, расположенными
на соседних клетках.
во- вторых они оказываются достаточно сильными для
того, чтобы изменять форму ткани и/или противостоять
силам сдвига.

13.

Движение белков в электрическом поле.
Факторы определяющие подвижность белков во внешнем электрическом поле:
-наличие и величина заряда; размер белковой молекулы; форма белковой молекулы ( чем
менее шарообразна, тем больше тормозится движение молекулы); концентрация молекул;
свойства среды (вязкость, температура, рН среды); характеристики используемого
электрического поля.
В кислой среде белки проявляют
Электрофорез
основные свойства и несут
положительный заряд, являясь катионами;
в щелочной среде они проявляют кислотные
свойства, несут отрицательный заряд,
являясь анионами. На свойстве
заряженных молекул белка,
перемещаться в электрическом поле,
основан метод позволяющий разделять
макромолекулы различающиеся по
размеру, форме и заряду.

14.

Методы исследования белков
Метод светорассеяния(турбидиметрия) позволяет определить размеры и
форму макромолекул белков, следить за конформационными изменениями
в них, изучать взаимодействие между субъединицами (агрегацию).
Используется для определения индивидуальных белков.
Оценить размер частиц и зарегистрировать его изменение можно
несколькими способами:
-измерением оптической плотности раствора;
-определением зависимости оптической плотности раствора от длины
волны;
-измерением количества света рассеянного под некоторым углом