Биологический каталог




Структура и функции мембран

Автор В.К.Рыбальченко, М.М.Коганов

связанных ферментов, взаимодействие с мембранами гормонов, простогландинов, медиаторов, токсинов, лекарственных и других веществ и т. п. Особое внимание в настоящее время уделяется радиоиммунологическому и иммунорадиометрическому анализам, позволяющим определять малые количества вещества с использованием радиоактивного антигена. Эти методы используются при изучении поверхностей клеток, идентификации бактерий и вирусов, определении отдельных веществ в биологических жидкостях, классификации опухолевых клеток и др.

Существенным в использовании изотопов в исследовании мембран является авторадиография. Принцип метода несложен и заключается в том, что образец, меченный подобранным изотопом, вводится в непосредственный контакт со слоем специальной фотографической эмульсии. Радиоактивные лучи, испускаемые образцом, активируют (подобно свету) кристаллы галогенидов серебра, которые восстанавливаются (проявляются) в виде металлического серебра. По интенсивности изображения получают информацию о количественном распределении изотопа или меченого вещества. Авторадиография дает возможность локализовать изотоп или меченое вещество в конкретной мембранной структуре клетки, в определенном ее монослое. Вполне возможно, что недалеко то время, когда авторадиографию можно будет применить и к отдельным молекулярным комплексам мембран, и к отдельным молекулам.

2.4. ИСКУССТВЕННЫЕ МЕМБРАНЫ

Биологические мембраны имеют, как правило, очень сложную структуру и отличаются сравнительно низкой устойчивостью к механическим, химическим и электрическим воздействиям. Поэтому для изучения основных физико-химических свойств клеточных мембран широко используются различные искусственные системы, которые моделируют процессы, протекающие в биомембранах. Искусственные мембраны имеют довольно простую структуру и отличаются высокой устойчивостью, что позволяет широко варьировать условия проведения экспериментов и получать важную информацию о возможных механизмах функционирования биологических мембран.

Биологические мембраны можно назвать сложными мультиферментативными системами, информацию о структурной организации которых можно получить, используя метод реконструкции их на искусственных липидных мембранах. Создание искусственных липидных мембран, являющихся физико-химическими аналогами природных биологических мембран, и составляет сущность модельного подхода в плане выяснения функциональной роли каждого отдельного компонента нативной биологической мембраны.

Жидкостные мембраны. Простейшей моделью биологических мембран (Бойтнер, 1933) является граница раздела двух несмешивающихся жидкостей, и мембрана с физико-химической точки зрения может быть представлена схемой: вода—масло — вода. Удачным воплощением этой идеи являются жидкостные мембраны, которые представляют собой слой несмешивающегося с водой растворителя, разделяющего водные растворы. В качестве таких мембран применяют органический растворитель с большой плотностью в {У-образных трубках или пористые пленки из инертных материалов.

В последние годы широко используются также толстые гептановые мембраны (Тостесон, Андреоли), в которых неполярный растворитель заключен между двумя целлофановыми пленками. Слой гептана разделяет два водных раствора электролита и отражает основные свойства гидрофобной зоны биологических мембран. Однако гептановые мембраны не обладают заметной катионной селективностью, которая присуща биомембранам. Поэтому для мо-~ делирования процессов ионного транспорта в гептановый слой вводят различные соединения, придающие мембране катионную селективность, и изучают электрические характеристики таких систем в зависимости от состава электролита. Этот прием был с успехом использован А. А. Львом и сотрудниками для исследования трансмембранного переноса ионов макроциклическими антибиотиками (валино-мицииом и нигерицином), которые относятся к мембрано-активным комплексонам.

Термин мембраноактивные комплексоны объединяет широкий класс природных и синтетических нейтральных макроциклических соединений (пептидов, депсипептидов, депсидов и полиэфиров), которые избирательно увеличивают катионную проницаемость биологических и искусственных мембран. Весьма существенно, что искусственные мембраны, содержащие один из таких комплексонов — ва-линомицин, обладают катионной селективностью, напоминающей ряд катионной селективности биомембран: Rb+> >K+>Cs+>Na+>Li+. В определенных условиях искусственные мембраны, модифицированные валиномицином, могут пропускать до 100 ООО ионов калия на одни ион натрия. i-Вал

D-Вал

0-Вал

D-Вал

Рис. 25. Структура валиномицииа:

Вал — валин; Ов — оксиизовалериаиовая кислота; Лак — лактат

Таким образом, использование мембраноактивных комплексонов дает возможность моделировать и изучать процессы ионного транспорта в искусственных' системах и на основе полученных данных эффективно управлять ионными потоками в биологических мембранах. В основе мембранной активности комплексонов лежит их способность связывать в растворах катионы, включать их во внутреннюю полость молекулы и фиксировать там за счет взаимодействия с различными полярными группировками — эфирными, амид-ными или сложноэфирными. Механизм образования комплекса можно пояснить на примере природного кО'Мплексона| ¦— 'антибиотика ваЛи-номицина, подробно исследованного Ю. А. Овчинниковым и сотрудниками.

Рис. 26. Схематическое изображение молекулярной структуры валиномицина:

а — свободный комплексон в водном растворе; б — комплекс валиномицииа с иоиом калия; ион калия — черный кружок; карбонильные группы — белые кружки

5 741 Валиномицин — это циклический депсипептид с молекулярной массой 1111 Д, содержащей по три остатка L-ва-лина, D-валина, L-молочной кислоты и D-a-оксиизовалериа-новой кислоты (рис. 25). В состав молекулы входит шесть карбонильных групп. В водном растворе карбонильные группы, в силу взаимного отталкивания и взаимодействия с молекулами воды, ориентированы во внешнюю сторону кольца (рис. 26, а). При взаимодействии с катионом к

страница 45
< 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
(20.09.2019)