Биологический каталог




Структура и функции мембран

Автор В.К.Рыбальченко, М.М.Коганов

белках, а также для изучения транспорта веществ через мембраны.

Так, изучая флуоресценцию некоторых меток, зависящую от рН среды (умбеллиферон, ретинол), можно определить некоторые параметры процессов переноса зарядов через фотосинтетические, митохондриальные и бактериальные мембраны. Было также установлено, что изменения флуоресценции 1-анилинонафталин-8-сульфоната (АНС), введенного, например, в суспензию митохондрий, связаны с потенциалом, возникающим на их сопрягающих мембранах. Измерения флуоресценции АНС дают информацию об образовании трансмембранных электрических полей в различных системах, моделирующих биологические мембраны и протекающие в них процессы. Если направление электрического поля на мембране таково, что внутри митохондрий, субмитохондриальных частиц или липосом возникает знак «минус», то флуоресценция АНС уменьшается. Перезарядка мембраны приводит к увеличению флуоресценции АНС. Эти изменения обусловлены перераспределением ионов АНС- между внутренним пространством частиц и омывающим их электролитом.

В заключение приводим некоторые примеры интерпретации изменений в спектрах поглощения и флуоресценции белков в составе мембран или частично лишенных липидного окружения.

Как уже было сказано, основной вклад в явление флуоресценции белков вносит триптофан, который, как и другие хромофоры, имеет строго определенную А,тах. Последняя смещается при изменении полярности раствора. Если замечено, что А,тах смещена (относительно Я,тах свободной аминокислоты в воде) в сторону более коротких длин волн без изменения полярности окружающего белок раствора, это свидетельствует, что триптофан (а также соседние остатки аминокислот) находится в неполярном окружении или переходит в него в результате конформационных изменений молекулы белка. Вывод о конформационных перестройках молекулы белка делается и тогда, когда квантовый выход флуоресценции падает под влиянием вещества, не являющегося тушителем последней. Действие веществ-тушителей флуоресценции также дает картину локализации триптофана. Если, например, Cs+ не тушит флуоресценцию, то делается вывод, что триптофан находится либо внутри молекулы, либо в области, имеющей достаточный для отталкивания иона цезия положительный заряд. Такая двузначность вывода устраняется при использовании нейтрального тушителя флуоресценции, например акриламида.

Структура белковой молекулы изменяется с повышением температуры, уменьшается при этом квантовый выход флуоресценции. Это означает, что остаток триптофана (как и других хромофоров) мембранного белка находится в полярном окружении, так как в неполярном окружении квантовый выход при повышении t° изменяется незначительно. Что же касается увеличения квантового выхода флуоресценции при повышении f среды, то это результат разворачивания молекулы белка (увеличение числа остатков триптофана, доступных полярному растворителю). По тушению флуоресценции хроматофоров можно также исследовать процессы связывания молекулы белка с другими молекулами и т. п.

Меньшую, но все же ценную, информацию удается получить при анализе спектров поглощения структурных компонентов мембран.

Ввиду того что большинство веществ имеют характерные спектры поглощения, их можно идентифицировать и определить концентрацию с помощью адсорбционной спектроскопии. Контролируя поглощение веществ при повышении температуры, можно наблюдать переход спираль — клубок. Это объясняется тем, что по мере уменьшения полярности окружения хромофоров Vax и е возрастают. Эти же параметры возрастают, когда титруемые группы аминокислотных остатков белка заряжены. Следует учитывать, что мембранные белки являются труднорастворимыми в полярных растворителях. Это важно при использовании метода пертурбации растворителем — определение спектров поглощения белка в полярном и неполярном растворителях. Обычно используют растворители-пертурбанты, сос-4 тоящие из 80 % воды и 20 % вещества с пониженной полярностью.

При взаимодействии белковой молекулы с молекулами других веществ следует иметь в виду возможность перекрывания спектра поглощения последних со спектром флуоресценции хромофора. Если расстояние между ними невелико, произойдет тушение флуоресценции, что свидетельст-

во

вует о локализации хромофора в области связывания. Связывание белковых молекул между собой также приводит к изменению спектров поглощения. Это может быть следствием попадания хромофоров в участки связывания либо следствием конформационных перестроек, в результате которых доступность хромофора изменилась. Часто по спектрам поглощения судят о химических реакциях и их кинетических характеристиках.

Хемилюминесценция. Способность живых организмов излучать свет известна с прошлого столетия. Однако в исследовании структуры и функции мембран эти явления используются не так широко, как другие оптические методы.

Хемилюминесценция — это свечение в видимой и ультрафиолетовой областях спектра в результате определенных экзотермических реакций. Эти реакции в первую очередь принадлежат к процессам окисления многих органических веществ — аминокислот, углеводов, спиртов и др. В настоящее время хемилюминесценцию начали использовать не только для качественного, но и для количественного анализа структурных компонентов мембран и веществ, подверженных трансмембранному движению.

Рентгеноструктурный анализ (PC А). Кристаллические тела, у которых межатомные расстояния соизмеримы с длиной волны рентгеновского излучения, т. е. составляют ~0,1 нм, являются для этих лучей трехмерной дифракционной решеткой. Поэтому при прохождении излучения через кристаллический объект рентгеновские лучи образуют интерференционную картину, которая может быть зафиксирована на фотопленке. Характер этой картины определяется размерами элементарных ячеек кристалла, их упорядоченностью и распределением электронной плотности в ячейках. Метод РСА позволяет по анализу картины, получающейся на фотопленке после прохождения рентгеновского излучения через кристаллический образец, определить распределение электронной п

страница 42
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109

Скачать книгу "Структура и функции мембран" (2.22Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(23.08.2019)