Биологические мембраны - А. Н. Огурцов 2012

Структура и функции биомембран
Межмолекулярные взаимодействия в биомембранах
Липид-белковые взаимодействия

В основе липид-белковых взаимодействий лежат межмолекулярные дисперсионные и электростатические силы, водородные связи или другие эффекты связывания.

Липид-белковые взаимодействия и обусловленные ими явления условно классифицируют следующим образом:

1) взаимодействия белок - липидный монослой;

2) взаимодействия белок - липидный бислой;

3) липид-белковые взаимодействия в мембранах, включающие липид-зависимые ферменты.

Взаимодействие белков с липидными монослоями обнаруживается при включении в монослои радиоактивно меченных белков (альбумин, цитохром с). Электростатические взаимодействия между белками и монослоем проявляются в виде резкого изменения сорбции белков на заряженных монослоях при отклонении от изоэлектрической точки белков.

В опытах с фосфолипазами показано, что электростатические взаимодействия определяют начальные этапы взаимодействия фермент - липидный монослой. Начальные этапы существенно облегчают последующую правильную стереохимическую ориентацию компонентов фермент-субстратного комплекса.

Взаимодействие белок - липидный бислой это высокоспецифичный и многостадийный процесс, характеризующийся наряду с поверхностной сорбцией внутримембранным встраиванием белков. Экспериментальным критерием встраивания белков в липидный бислой обычно служит изменение ионной проницаемости мембран.

В модельных экспериментах встраивание мембранных белков в искусственные бислойные системы играет решающую роль в их успешной функциональной реконструкции.

Липид-белковое взаимодействие в мембранах проявляется при образовании внутри мембран специфичного липидного окружения вокруг белковых молекул. Такие липиды называются связанными или аннулярными (от англ. annular - кольцеобразный).

С помощью метода ЭПР доказано изменение подвижности и характера упаковки углеводородных цепей под влиянием белков. Более того, методами ЭПР, ЯМР, флуоресценции и другими показано, что возмущающее действие различных интегральных и периферических белков (цитохром-с-оксидаза, цитохром с, полилизин, миелин, родопсин, белки тилакоидных мембран и др.) распространяется вплоть до четвёртого слоя липидов, окружающих молекулу белка.

Функциональное значение аннулярных липидов обычно интерпретируют, исходя из экспериментальных наблюдений, согласно которым большая активность белков проявляется в менее вязком липидном окружении. Это показано, например, для цитохром-с-оксидазы, встроенной в искусственные липидные мембраны разного состава, или в случае АТФаз в мембранах ауксотрофных микроорганизмов.

В настоящее время описано несколько десятков мембранных ферментов, активность которых зависит от присутствия липидов, в таблице 3 перечислены некоторые из них.

Таблица 3 - Необходимые липиды для реализации специфической ферментативной активности биомембран

Некоторые из мембранных ферментов, например митохондриальные электрон-транспортные белки, слабо чувствительны к липидному составу, но эффективно активируются суммарной липидной фракцией, содержащей некоторое количество ненасыщенных липидов.

Для достижения максимальной активности других ферментов требуются липиды строго определённого состава. Эти ферменты проявляют специфичность по отношению к полярным головкам липидов и слабо зависят от жирнокислотного состава. В противоположность этому функциональная активность, например, родопсина зависит от длины углеводородных цепей липидов.

Липидная зависимость активности мембранных ферментов может отчетливо проявляться в условиях селективной экстракции мембранных липидов и при последующем добавлении определённых липидов к делипидизированным мембранам. Так, мягкая эфир-бутанольная экстракция плазматических мембран печени приводит к снижению базальной аденилатциклазной активности и гормон-стимулируемых ответов. Базальная активность полностью восстанавливается при добавлении к мембранам фосфатидилинозитола.

Почти полное восстановление гормон-стимулируемой активности наблюдается при добавлении к мембранам фосфатидилсерина. Предполагают, что взаимодействие аденилатциклазы с определёнными липидами мембран необходимо для проявления активности каталитического центра и образования активного гормон-рецепторного комплекса.