Главная / Параметры

Эритроцитарная мембрана. Отсюда был сделан вывод, что мембрана эритроцитов состоит из липидных молекул, расположенных в два слоя

1. Отсюда был сделан вывод, что мембрана эритроцитов состоит из липидных молекул, расположенных в два слоя.

По-видимому, этот вывод Гортера и Грендела оказался правильным только благодаря взаимной компенсации ошибок, однако в историческом плане эта работа имела большое значение, поскольку с тех пор концепция липидного бислоя как структурной основы биологических мембран стала доминирующей и на самом деле оказалась верной.

Концепция бимолекулярной липидной мембраны получила дальнейшее развитие в предложенной в 1935 г. модели Дэвсона-Даниелли, или модели "сэндвича", в которой предполагалось, что белки покрывают поверхность липидного бислоя. Это была необыкновенно удачная модель, и в течение последующих 30 лет многочисленные экспериментальные данные, особенно полученные с помощью дифракции рентгеновских лучей и электронной микроскопии, полностью подтвердили ее адекватность. Однако тогда же обнаружилось, что мембраны выполняют огромное множество функций, и чтобы объяснить этот феномен, исходная модель Дэвсона-Даниелли неоднократно подвергалась модификациям.

Быстрый прогресс в мембранологии, в результате которого сформировались современные представления, был достигнут в значительной мере благодаря успехам в изучении свойств мембранных белков. Электронно-микроскопические исследования с применением метода замораживания-скалывания показали, что в мембраны встроены глобулярные частицы. Тем временем биохимикам с помощью детергентов удалось диссоциировать мембраны до состояния функционально активных "частиц". Данные спектральных исследований указывали, что для мембранных белков характерно высокое содержание а-спиралей и что они, вероятно, образуют глобулы, а не распределены в виде монослоя на поверхности липидного бислоя. Неполярные свойства мембранных белков наводили на мысль о наличии гидрофобных контактов между белками и внутренней неполярной областью липидного бислоя. Тогда же были разработаны методы, позволившие выявить текучесть липидного бислоя. Сингер и Николсон свели воедино все эти идеи, создав жидкостно-мозаичную модель. В рамках этой модели мембрана представляется как текучий фосфолипидный бислой, в который погружены свободно диффундирующие белки. Прежняя модель Дэвсона-Даниелли была статичной и успешно объясняла имевшиеся в то время структурные данные, полученные с довольно низким разрешением. В то же время начиная с 1970 г. большое внимание стало уделяться изучению динамических свойств и их взаимосвязи с мембранными функциями. В последние годы жидкостно-мозаичная модель тоже подверглась модификации, и этот процесс будет продолжаться. В частности, теперь стало ясно, что не все мембранные белки свободно диффундируют в жидком липидном бислое. Имеются данные о существовании латеральных до-j менов в самой мембране. Тщательно изучается также роль цитоскелета. Становится все очевиднее, что некоторые участки мембран, по-видимому, отличаются по своей структуре от классического липидного бислоя. Тем не менее в обозримом будущем жидкостно-мозаичная модель в ее разных модификациях будет служить в качестве концептуальной основы для многих мембранных исследований.

3. Морфология мембран

Важную роль в выяснении морфологии мембран сыграли два метода: дифракция рентгеновских лучей и электронная микроскопия. Именно с их помощью была подтверждена правильность бислойной модели. Однако следует иметь в виду, что при выяснении детальной картины молекулярной организации мембран оба этих метода сталкиваются с рядом ограничений.

3.1 Дифракция рентгеновских лучей

При исследовании высокоупорядоченных кристаллических образцов с помощью метода дифракции рентгеновских лучей удается получить информацию о структуре с высоким разрешением. В случае же малоупорядоченных препаратов возможности этого метода ограничены. Некоторые специализированные мембранные системы уже имеют регулярную структуру, и потому их можно изучать рентгено-структурными методами. Примером такого рода служит миелиновая оболочка периферических нервных волокон; она представляет собой мембрану, которая, многократно оборачиваясь вокруг аксона, формирует регулярную систему из концентрических мембранных структур. Исследования дифракции рентгеновских лучей на миелине, проведенные еще в 30-х гг., подтверждают адекватность бислойной модели мембран. К такому же выводу приводит и изучение наружного сегмента палочек сетчатки позвоночных, которые представляют собой природные упорядоченные мембранные системы, а также искусственно упорядоченных систем, которые образуются при коллапсировании в условиях центрифугирования мембранных везикул, полученных из митохондрий и эритроцитов. Во всех этих случаях наблюдалось сходное распределение электронной плотности в мембране, показанное на рис.1.4

Для интерпретации рентгеноструктурных данных необходимо определить не только интенсивности рефлексов, но и их фазы. В случае регулярно упакованных мембранных систем задача значительно упрощается, поскольку эти системы состоят из повторяющихся элементов с центральной симметрией.

Полученные данные показывают, что структура всех мембран сходна: они имеют гидрофобную внутреннюю область с низкой электронной плотностью и два слоя полярных группировок с высокой электронной плотностью. Рентгеноструктурные данные, полученные для разных мембран, различаются лишь незначительно, несмотря на большие различия в содержании в них белка. Хотя рентгеноструктурные данные позволяют получить некоторую информацию о том, как расположена в мембране основная масса мембранных белков, в целом метод рентгеноструктурного анализа не дает детальной молекулярной картины.

Уилкинс и др. отметили в 1971 г., что метод дифракции рентгеновских лучей можно использовать и для изучения водных дисперсий мембран и фосфолипидов. При этом рефлексы, порождаемые полярными областями на обеих сторонах бислоя, позволяют найти его толщину, равную расстоянию между полярными головками, а по рефлексам, порождаемым упорядоченными углеводородными цепями, можно определить расстояние между этими цепями. И в этом случае мембранные препараты, полученные из разных источников, дали сходную дифракционную картину, что подтверждает универсальность бислойной модели.

Невозможность получения с помощью метода дифракции детальной молекулярной картины ограничивает применение этого метода для изучения биологических мембран. Однако он может быть весьма полезен при исследовании упорядоченных липидно-водных систем.

3.2 Электронная микроскопия

Просвечивающая электронная микроскопия тонких срезов миелина, а фактически и всех остальных мембран, выявляет характерную трехслойную структуру, состоящую из двух электроноплотных полос, разделенных промежутком около 80 А. Такая картина получается в значительной мере в результате обработки препаратов четырехокисью осмия, обычно применяемой в этом методе. Робертсон назвал наблюдаемую структуру "унитарной", чтобы подчеркнуть ее универсальность, и хотя молекулярные механизмы прокрашивания мембран осмием неизвестны, эта структура рассматривалась как подтверждение справедливости бислойной модели мембраны. Ясно, однако, что при подготовке препаратов для просвечивающей электронной микроскопии мембраны могут подвергаться неблагоприятным воздействиям. В частности, известно, что обработка четырехокисью осмия приводит к значительной потере белка из эритроцитарной мембраны. И хотя наблюдаемая при этом трехслойная структура в некоторой степени отражает организацию бислойных мембран, более детальные сведения относительно локализации белков этим методом получить не удается.

Некоторую информацию о расположении мембранных белков дали новые методы, ставшие теперь уже "классическими", - методы замораживания-скалывания и замораживания-травления. В этих случаях препараты быстро замораживают, не подвергая их при этом каким-либо повреждающим воздействиям, как при получении тонких срезов. Процесс подготовки препарата включает следующие операции.

После замораживания образец, представляющий собой суспензию клеток или мембран, скалывают с помощью ножа при низкой температуре в глубоком вакууме. Возникающие при скалывании усилия приводят к образованию среза, проходящего через образец. Оказалось, что, когда плоскость среза проходит через мембрану, последняя раскалывается преимущественно по своей срединной области и расщепляется на две половинки. В результате на образовавшихся плоскостях скола обнажается внутренняя область мембраны.

При необходимости образец подвергают травлению - проводят обычную возгонку льда в вакууме. Это позволяет лучше визуализировать поверхностные структуры клеточных мембран.

После этого получают так называемую реплику с обнаженной поверхности. Именно эту реплику и изучают под электронным микроскопом. Для получения реплики сначала напыляют на образец платину под углом около 45°, чтобы выявить топологические характеристики препарата. Затем платиновой реплике придают механическую прочность, нанеся на нее слой углерода. После этого препарат оттаивают, реплика всплывает, и ее вылавливают с помощью специальной сеточки.

Наиболее характерные структуры, наблюдаемые при изучении мембран методом замораживания-скалывания, - это многочисленные внутримембранные частицы диаметром от 80 до 100 А, лежащие в плоскости мембранных сколов. Обычно они расположены хаотично, но иногда образуют группы. Многочисленные исследования показали, что эти частицы, возможно, являются мембранными белками. Любопытно, что при электронной микроскопии тонких срезов подобные структуры не обнаруживаются. Реплики, полученные от двух половинок расщепленной мембраны, не всегда бывают топологически комплементарными. Это означает, что некоторые частицы связаны только с одной из половин мембраны. Данные, полученные методом замораживания-скалывания, широко использовались Сингером и Николсоном при создании жидкостно-мозаичной модели мембран, поскольку они убедительно показывали, что глобулярные белки находятся не только на поверхности мембраны, но и внутри бислоя.

На рис.1.6 приведена электронная микрофотография препарата протеолипосом, реконструированных из яичного фосфатидилхолина и нефракционированного препарата белка полосы 3 из мембраны эритроцитов человека; препарат получен методом замораживания - скалывания.

Белок полосы 3 является основным белковым компонентом мембраны эритроцитов и, как известно, осуществляет перенос анионов. Если фосфолипидные везикулы не содержат этого белка, то полученные препараты замороженных сколов имеют гладкую поверхность.

При встраивании белка полосы 3 в фосфолипидные везикулы на сколах появляются внутримембранные частицы, практически неотличимые от частиц, наблюдаемых в мембранах эритроцитов. Более того, при рН 5,5 частицы, наблюдаемые в мембране эритроцитов, агрегируют, причем эта агрегация осуществляется в результате взаимодействия белка полосы 3 с двумя другими белками, спектрином и актином.

Последние являются компонентами цитоскелета, находящимися на внутренней поверхности эритроцитарной мембраны. Аналогичным образом ведет себя и реконструированная система, состоящая из белка полосы 3 и фосфатидилхолина, при этом агрегация частиц наблюдается в присутствии спектрина и актина при рН 5,5, но не при рН 7,6.

Эти данные еще более упрочили представление о мембранных белках как о глобулярных частицах, свободно перемещающихся в плоскости мембраны. Интересно, что статичные микрофотографии препаратов, полученных методом замораживания-скалывания, помогли исследователям в изучении динамических свойств мембран. Как мы увидим, в мембранах есть много белков, которые не могут свободно плавать в "липидном море".

4. Выделение мембран

В течение последних трех десятилетий становилось все более очевидно, что огромное большинство клеточных функций осуществляется при непосредственном участии мембран.

И растительные, и животные клетки разделены на отсеки, причем многие цитоплазматические органеллы, как было показано в разд.1.1, имеют мембранную природу.

Кроме органелл, характерных для большинства клеток, имеются и специализированные мембранные системы, такие, как саркоплазматический ретикулум мышечных клеток, миелиновая оболочка периферических нервных волокон, тилакоидные мембраны хлоропластов и мембраны дисков в палочках сетчатки. У прокариотических организмов также имеются мембраны, хотя и не настолько развитые, как у эукариотических.

Грамположительные бактерии, например Bacillus subtilis, имеют лишь цитоплазматическую мембрану, а грамотрицательные, такие, как Escherichia coli, - еще и наружную, расположенную поверх тонкой пептидогликановой клеточной стенки.

В клетках прокариот обнаружены также некоторые специализированные органеллы. Некоторые вирусы, патогенные для животных, например вирусы с оболочкой, имеют самую настоящую мембрану, причем такие мембраны оказались чрезвычайно интересными для изучения.

Исследование мембран, как правило, сопряжено с их очисткой, при этом для каждого типа мембран характерны свои условия препаративного выделения.

Так, если предстоит исследовать плазматическую мембрану каких-либо клеток, то сначала необходимо выделить эти клетки из ткани. Затем нужно подобрать оптимальные условия разрушения клеток и отделения мембран, представляющих интерес, от других клеточных компонентов. Особого внимания заслуживают критерии чистоты выделенных мембран.

4.1 Разрушение клеток

Желательно выбирать такую методику, которая позволяет эффективно разрушить сами клетки при сохранении структуры мембран, подлежащих выделению. Для многих животных клеток можно использовать такую относительно мягкую процедуру, как гомогенизация в гомогенизаторах Даунса или Поттера-Элвехейма со стеклянными стенками и тефлоновым пестиком. При этом клетки разрушаются за счет сдвиговых усилий, возникающих при продавливании суспензии через узкий зазор между тефлоновым пестиком и стеклянной стенкой гомогенизатора. При такой обработке "срывается" плазматическая мембрана и разрушаются связи между различными органеллами при сохранении целостности самих органелл. С помощью такой процедуры можно также отделить друг от друга специализированные участки плазматической мембраны, например ба-золатеральную или апикальную области мембраны эпителиальных клеток. Желательно работать в условиях, когда целостность органелл сохраняется, чтобы свести к минимуму возможность высвобождения гидролитических ферментов и облегчить последующие операции по разделению мембран.

Для разрушения клеток, имеющих стенку, требуются более жесткие методы. Иногда перед разрушением клеток их сначала обрабатывают ферментами, расщепляющими компоненты клеточной стенки, чтобы облегчить ее последующее разрушение. Так, например, для разрушения клеток Е. coli используют обработку буфером трис-ЭДТА и лизоцимом. Более жесткие приемы предусматривают растирание клеток, обработку их ультразвуком и экструзию. Растирание обычно проводят в присутствии различных абразивных материалов - песка, окиси алюминия или стеклянных шариков. Малые объемы материала можно растирать в ступке с помощью пестика, но для больших объемов следует использовать специальные механические приспособления. Бактериальные клетки часто разрушают с помощью ультразвука. Полагают, что в этом случае разрушение происходит под действием сдвиговых усилий, возникающих в результате кавитации. Такие же усилия возникают при продавливании суспензии клеток через небольшое отверстие, например при разрушении клеток с помощью пресса Френча. Существует много разновидностей перечисленных методов, и их выбор зависит от особенностей той мембранной системы, которая подлежит изучению.

Следует отметить, что получаемые при разрушении клеток мембранные фрагменты обычно спонтанно образуют везикулы. В качестве примера можно привести:

1) микросомы, получаемые из плазматической мембраны, эндоплазматического ретикулума или специализированных систем, таких, как саркоплазматическая мембрана;

2) субмитохондриальные частицы из внутренней митохондриальной мембраны;

3) синаптосомы, образующиеся при отрыве нервных окончаний в области синаптических контактов;

4) бактериальные мембранные везикулы, образующиеся из плазматической мембраны Е. coli. Везикулы образуются и из других мембранных систем, например из мембран аппарата Гольджи. Их размер в большинстве случаев сильно зависит от метода разрушения клеток. Это особенно важно, поскольку размеры везикул в значительной степени определяют скорость их седиментации при центрифугировании и их поведение на следующих стадиях очистки мембран. Некоторые мембраны не образуют везикул, в частности мембраны боковых поверхностей соприкасающихся друг с другом животных клеток. При разрушении таких клеток происходит отрыв пары смежных мембранных фрагментов, удерживаемых вместе областью контакта. Наличие таких контактов предотвращает замыкание фрагментов в везикулы, поэтому мембраны выделяются в виде пластин или лентообразных структур.

Большое значение при разрушении клеток имеет также правильный выбор среды. Например, чтобы сохранить замкнутость мембранных органелл, следует использовать такую среду, которая изоосмотична их внутреннему содержимому. Чаще всего для этого используют раствор сахарозы в концентрации 0,25-0,30 М. В ряде случаев лучше использовать сорбитол и маннитол. Следует отметить, что сохранение изотоничности играет важную роль и на последующих стадиях препаративного выделения интактных органелл.

4.2 Разделение мембран

В настоящее время для разделения мембран чаще всего применяют центрифугирование. Мембранные частицы можно разделить по скорости их седиментации или по плавучей плотности. Первый метод называется зональным центрифугированием, и разделение происходит в соответствии со значениями S, а второй - изопикническим центрифугированием, и разделение происходит в условиях равновесной плотности. На практике обычно применяют некий гибрид этих двух методов. На рис.1.7 показано положение некоторых субклеточных единиц на координантной плоскости "S-g".

По оси абсцисс отложены коэффициенты седиментации частиц, а по оси ординат - плотность.

Принцип разделения по скорости седиментации можно легко уяснить, сравнив значения S для разных фракций. Например, ядра имеют относительно высокие значения S, т.е. скорость их седиментации значительно выше, чем у большинства других субклеточных органелл. Ядра можно избирательно осадить центрифугированием клеточного гомогената, при этом все другие органеллы останутся в надосадочной жидкости. В то же время гладкий и шероховатый эндоплазматический ретикулум не удается разделить с помощью зонального центрифугирования.

Для выделения различных мембранных фракций из клеточного гомогената часто используют различия в их плотности. С этой целью проводят центрифугирование в градиенте плотности. Чаще всего для создания градиента плотности используют сахарозу, однако этот метод имеет серьезные недостатки. Чтобы получить плотность, требуемую для разделения различных мембранных фракций, необходимо готовить растворы с высокой концентрацией сахарозы, которые обладают высокой вязкостью и к тому же являются гипертоничными. Внесение субклеточных органелл в гипертоничный раствор сахарозы приводит к их дегидратации, а последующее доведение раствора до изотонических условий часто сопровождается лизисом и повреждением органелл. Другая проблема состоит в том, что многие мембранные органеллы проницаемы для сахарозы. Это также может привести к осмотическому разрушению органелл. Проникновение сахарозы в разделяемые мембранные органеллы может изменить их эффективную плотность.

Таблица 1.1. Физические время все чаще используют другие среды для создания градиента плотности. Некоторые из этих сред перечислены в табл.1.1

Чтобы решить эти проблемы, в последнее свойства градиентных сред.

1. Фиколл. Высокомолекулярный гидрофильный полимер сахарозы, который можно использовать для получения растворов С"Плотностью вплоть до 1,2 г/мл. Основное его преимущество состоит в низком осмотическом давлении растворов по сравнению с растворами с эквивалентной концентрацией сахарозы. Благодаря этому можно создавать растворы, изотоничные во всем диапазоне концентраций благодаря дополнительному включению в среду сахарозы или приемлемых с физиологической точки зрения солей. Недостатками являются высокая вязкость получаемых растворов и существенно нелинейная зависимость вязкости и осмолярности от концентрации.

2. Метризамид. Трииодзамещенный бензамид глюкозы Растворы метризамида имеют большую плотность, чем расторы фиколла при тех же концентрациях. Основным преимуществом растворов метризамида является их очень низкая вязкость, что позволяет ускорить разделение.35% -ный раствор метризамида имеет почти физиологическую осмолярность, так что большую часть операций в ходе разделения мембран можно проводить, не подвергая их действию гипертоничных растворов. Метризоат натрия - родственное метризамиду соединение с близкими свойствами, с тем лишь отличием, что его раствор является изотоничным при концентрации около 20%. Метризоат натрия ис- пользуют прежде всего для выделения интактных клеток. Найкоденз также является производным трииодбензойной кислоты, но имеет три гидрофильные боковые цепи. При центрифугировании он быстро образует свой собственный градиент плотности; используется для выделения субклеточных органелл.

Перколл. Коллоидная суспензия силикагеля, частички которого покрыты поливинилпирролидоном. Это покрытие ослабляет токсическое влияние силикагеля. Основным преимуществом перколла является то, что он не проникает через биологические мембраны, а его растворы имеют низкую вязкость и низкую осмолярность. Вследствие большого размера частиц центрифугирование раствора перколла при умеренных скоростях приводит к формированию градиента плотности. Поэтому разделение обычно происходит очень быстро. Среда, используемая для центрифугирования, может быть изотоничной по всему объему благодаря включению в нее солей или сахарозы. Не составляет труда создать пологий градиент, что позволяет проводить весьма эффективное разделение мембранных фракций по их плавучей плотности.

Сорбитол и маннитол. Эти вещества иногда используют вместо сахарозы, поскольку они, судя по опубликованным данным, проникают через некоторые биологические мембраны хуже, чем сахароза.

Заметим, что глицерол не используется для создания градиента плотности, поскольку с его помощью не удается достичь достаточно высоких значений плотности. Соли щелочных металлов, например CsCl, используют только тогда, когда необходимы растворы с высокой плотностью. Но при этом следует иметь в виду, что в концентрациях, требуемых для создания равновесной плотности, эти соли часто оказывают повреждающее действие на мембранные органеллы.

Для выделения мембран из клеточных гомогенатов используются и другие методы, хотя и не так часто, как центрифугирование.

1. Фазовое распределение. В этом случае разделение мембранных частиц происходит в соответствии с их поверхностными свойствами. С этой целью формируют два несмешивающихся слоя водных растворов различных водорастворимых полимеров. В качестве примера можно привести смеси полиэтиленгликольдекстран и декстранфиколл. Мембранные частицы разделяются в соответствии с их сродством к этим фазам. Последние можно подбирать так, чтобы разделять мембраны по их поверхностному заряду или гидрофобности.

Непрерывный электрофорез в свободном потоке. В этом случае разделение частиц происходит в соответствии с их электрическим зарядом. Разделяемый препарат непрерывно вводят в тонкий слой буфера, стекающего по вертикальной стенке. При этом перпендикулярно направлению потока прикладывают электрическое поле. Таким образом, электрофоретическое разделение частиц происходит поперек стекающего буфера, который собирается на дне камеры в виде отдельных фракций.

Аффинная адсорбция. Разделение основано на биоспецифическом взаимодействии между мембранными компонентами и твердой фазой. С открытием моноклональных антител появилась возможность создания препаративных методик, основанных на использовании специфических антигенных компонентов для выделения мембран. Полученные антитела можно ковалентно присоединять к твердому носителю и с их помощью осуществлять специфическое связывание соответствующих мембран. Чаще всего этот метод используется для выделения мембранных белков. Одна из возникающих здесь проблем связана с подбором таких условий элюирования мембран, которые не вызывали бы денатурации белков.

Метод, основанный на использовании микрогранул силикагеля. Обычно на долю плазматических мембран приходится не более 1°7о общей массы всех мембран эукариотических клеток. Поэтому выделение абсолютно чистых плазматических мембран сопряжено с большими трудностями. Один из подходов, который разработан специально для выделения плазматических мембран, основан на использовании катионизированных микрогранул селикагеля. Эти гранулы прочно адсорбируются на наружной поверхности плазматической мембраны интактных клеток, и фракция плазматических мембран, связанных с гранулами, легко отделяется в градиенте плотности сахарозы от других мембран за счет более высокой плотности гранул. Особенностью этого метода является то, что в получаемом препарате плазматическая мембрана своей внутренней поверхностью обращена в раствор.

4.3 Критерии чистоты мембранных фракций

Пожалуй, наиболее объективным критерием чистоты выделенной мембранной фракции является присутствие в ней какого-либо уникального компонента, который содержится только в этой мембране или является в ней преобладающим. Обычно такими компонентами служат ферменты, которые в данном случае называют маркерами. Список маркерных ферментов, которые используются для контроля чистоты мембранных фракций, приведен в табл.1.2 При определении активности фермента следует принимать во внимание, что он может находиться в латентной форме, например благодаря тому, что локализуется на внутренней поверхности выделяемых мембранных везикул. Другие проблемы, связанные с оценкой чистоты выделенных мембран, рассмотрены в обзоре. Следует отметить, что рекомендуемые методы в большинстве случаев достаточно хорошо отработаны и стандартизованы.

В ряде случаев более удобными мембранными маркерами являются не ферменты, а специфические рецепторы лектинов, гормонов, токсинов или антител. Если изучаемые системы хорошо охарактеризованы, то о чистоте мембранной фракции можно судить по ее белковому составу, определяемому с помощью электрофореза в полиак-риламидном геле в присутствии додецилсульфата натрия. Например, наружная мембрана грамотрицательных бактерий имеет характерный набор полипептидов, которых нет в цитоплазматической мембране.

Таблица 1.2 Маркеры, используемые для контроля чистоты мембранных фракций, выделяемых из клеток млекопитающих "

Мембранная фракция	Маркерный фермент
Плазматические мембраны	5 "-Нуклеотидаза
	Щелочная фосфодиэстераза
	Na */К + -АТРаза (базолатераль-
	ная мембрана эпителиальных
	клеток)
	Аденилатциклаза (базальная
	мембрана гепатоцитов)
	Аминопептидаза (мембрана
	щеточной каемки эпителия)
Митохондрии (внутренняя	Цитохром с-оксидаза
мембрана)	Сукцинат-цитохром с-оксидо-
	редуктаза
Митохондрии (наружная	Моноаминооксидаза
мембрана)
Лизосомы	Кислая фосфатаза
	0-Галактозндаза
Пероксисомы	Каталаза
	Уратоксидаза
	Оксидаза D-аминокислот
Мембраны аппрата	Галактозилтрансфераза
Гольджи
Эндоплазматический	Глюкозо-6-фосфатаза
ретикулум	Холинфосфотрансфераза
	NADPH-цитохром с-оксидо-
	редуктаза
Цитозоль	Лактатдегидрогеназа

К другим критериям, по которым можно судить о чистоте мембран, относятся их морфология, выявляемая с помощью электронной микроскопии, и особенности химического состава. Например, фракции, представляющие плазматическую мембрану, аппарат Гольджи или митохондрии, можно идентифицировать по их морфологии. В некоторых случаях препарат характеризуют по содержанию в нем холестерола. Например, в мембранах митохондрии содержится гораздо меньше холестерола, чем в мембранах аппарата Гольджи и плазматических мембранах.

Молекул детергента приходится на одну мицеллу. В мембранных исследованиях используют довольно ограниченный круг детергентов. В табл. 1 представлены те из них, которые чаще всего применяются для солюбилизации и реконструкции мембран. Для этих детергентов характерны довольно высокие значения ККМ (10- 4-10- 2 М) и то, что они относятся к разряду так называемых мягких детергентов, то есть таких, ...

Формирование бислоя является особым свойством молекул липидов и реализуется даже вне клетки. Важнейшие свойства бислоя: - способность к самосборке - текучесть - ассиметричность. 1.2. Хотя основные свойства биологических мембран определяются свойствами липидного бислоя, но большинство спецефических функций обеспечивается мембранными белками. Большинство из них пронизывают бислой в виде одиночной...

1.Опыты Пфефера, Харди-Фишера, Овертона. Природа клеточной мембраны и альтернатива клеточной мембране.

2. Метод флуоресцентных зондов при изучении клеточных мембран.

3.Удельная электрическая емкость мембраны аксона, измеренная внутриклеточным электродом, оказалась равной 0,5 мкф/см 2 . по формуле плоского конденсатора определить толщину гидрофобного слоя мембраны. Ε липидов считать равной 2.

4.Механизм генерации потенциала действия кардиомицета.

5.Метод спиновых зондов в изученни клеточных мембран.

6. Какое расстояние на поверхности мембраны эритроцита проходит молекула фосфолипида за 1 секунду в результате латеральной диффузии? Коэффициент латеральной диффузии принять равным 10 -12 м 2 /с. сравнить с окружностью эритроцита диаметром 8 мкм.

7.Структура ионного канала.

8.Метод дифференциальной микрокалориметрии.

9.При фазовом переходе мембранных фосфолипидов из жидкокристаллического сосотояния в гель тольщина бислоя изменяется. Как при этом изменится электрическая емкость мембраны?

10.Ионные каналы клеточных мембран.

11.Рентгеноструктурный анализ при изучении клеточных мембран. Принципы и примеры.

12. При фазовом переходе мембранных фосфолипидов из жидкокристаллического состояния в гель толщина бислоя изменяется. Как при этом изменится напряженность электрического поля в мембране?.

13.Ионные токи в аксоне. Модель Ходжкина-Хаксли.

14.Методы изучения проницаемости мембран.

15. С помощью спин-меченных молекул фосфолипидов установлен градиент вязкости в мембране по толщине. Опишите эксперимент.

16.Механизм генарции потенциала действия.

17.Применение кондуктометрии при изучении мембран. Опыты Фрике.

18. Где вязкость гидрофобного слоя выше: у поверхности мембраны или в ее толщине. Как это установлено?

19.Распространения нервного импульса вдоль возбудимого волокна.

20.Электрокинетические явления в клетках и суспензиях.

21. Как изменится облегченная диффузия ионов калия с участием молекулы валиномицина после фазового перехода мембранных липидов из жидкокристаллического состояния в гель?

22.Потенциал действия. физический механизм.

23.Электросмос в живых клетках и тканях.

24.Будет ли наблюдаться осмотический эффект (набухание в гипотоническом и сморщивание в гипертоническом растворах) при накоплении ионов натрия по схеме антипорта?

25.Потенциал покоя. Его природа.

26. Природа осмоса в живых клетках.

27. Будет ли наблюдаться осмотический эффект (набухание в гипотоническом и сморщивание в гипертоническом растворах) при накоплении ионов натрия по схеме симпорта?

28.Природа биоэлектрических потенциалов.

29.Клетка как осмометр. Пример определения изотоничности раствора с использованием живых клеток.

30.Показать, что уравнение Нернста-Планка сводится к уравнению Фика для случая диффузии незаряженных частиц.

31.Различия белковых каналов и липидных пор.

32.Природа оседания мертвых клеток. Физ.хим осонвы метода СОЭ.

33. Фермент Na + -K + - АТФаза в плазматической мембране эритроцита совершил шесть циклов. Какое количество ионов натрия и калия при этом было активно транспортировано? Сколько энергии было при этом израсходовано, если гидролиз одного моля АТФ сопровождается освобождением 33,6кДж?. КПД сопряжения считать равным 100%.

34.механизм проницаемости мембран для молекул воды. Гипотеза кинков.

35.ЯМР-спектроскопия при исследованиях мембран. Примеры и принципы.

36. в клеточных мембранах известно три ионных насоса натрий-калиевый, протонный, кальциевый. Каким образом осуществляется при этом активный транспорт сахара и аминокислот?

37.модель формирования поры при фазовом переходе.

38.методы измерения микровязкости в мембранах.

39. возможен ли одновременный трансмембранный перенос ионов калия и натрия по схеме симпорта?

40.электрический пробой мембранных липидов.

42.методы спектральных зондов.

43. возможен ли одновременный трансмембранный перенос ионов калия и натрия по схеме антипорта?

44.модель критической липидной поры.

45.применение ион-селективных электродов при исследованиях проницаемости мембран.

46. возможен ли одновременный трансмембранный перенос ионов калия и натрия по схеме унипорта?

47.липидные поры в свете стабильности мембран.

48. методы эритрограмм. Их информационная ценность.

49. какой транспорт ионов создает мембранную разность потенциалов: пассивный или активный?

50.механизм и закономерности вторичного активного транспорта ионов.

51. экспериментальные критерии облегченной диффузии.

52. что больше скорость распространения электрического сигнала по проводам морского телеграфа или скорость распространения нервного импульса по мебране аксона? Почему?

53. Электрогенные ионные насосы.

54. Методы фракционирования клетки.

55. Каков биофизический механизм действия местного анестетика тетрэиламмония?

56. Опыт и схема Уссинга.

57. Природа сил липид-липидного взаимодействия в мембране. Методы исследования.

Календарный тематический план по дисциплине

«Молекулярная организация биологических мембран»

2011/2012 уч. год (4 курс, 7 семестр ВБФ биофизики)

дата	№ п/п	Тип и название учебного модуля	Учебно-методическое обеспечение учебного модуля

		ЛЕКЦИИ:
		Биологические мембpаны как унивеpсальные стpуктуpно-функциональные обpазования живых систем.	Конспект лекции.
		Стpуктуpная оpганизация биомембpан.	Конспект лекции.
		Белки и липиды мембран.	Конспект лекции.
		Белок-липидные взаимодействия.	Конспект лекции.
		Динамические свойства мембран.	Конспект лекции.
		Моделирование структуры мембран.	Конспект лекции.
		Pасчеты стpуктуpы мембpан	Конспект лекции.
		ИТОГО – 14 часов
		Практические занятия *
		Расчеты электрической емкости и импеданса мембран.	Компьютерный класс кафедры.
		Определение толщины мембраны эритроцита по электропроводности.	Компьютерный класс кафедры.
		Исследование механической прочности мембран эритроцитов.	Компьютерный класс кафедры.
		Исследование влияния холестерола на деформируемость мембран эритроцитов.	Компьютерный класс кафедры.
		Расчеты прочности мембран эритроцитов.	Компьютерный класс кафедры.
		Исследование действия магнитного поля на механические свойства мембран эритроциов	Компьютерный класс кафедры.
		Итого – 22 часа

* - каждое практическое занятие рассчитано на 4 часа.

Утв. на заседании кафедры _____________________________________________

1.5.Темы практических занятий

РАЗДЕЛ 1. БИОФИЗИКА МЕМБРАН

1. 1. Биологические мембраны. Структура, свойства.

Удельная электрическая емкость мембраны аксона, изме-ренная внутриклеточным микроэлектродом, оказалась равной 0,5 микрофарад/см 2 . По формуле плоского конденсатора оце-нить толщину гидрофобного слоя мембраны с диэлектрической проницаемостью 2.

Какое расстояние на поверхности мембраны эритроцита проходит молекула фосфолипида за 1 секунду в результате латеральной диффузии? Коэффициент латеральной диффузии принять равным 10 -12 м 2 /с. Сравните с окружностью эритроци-та диаметром 8 мкм.

При фазовом переходе мембранных фосфолипидов из жид-кокристаллического состояния в гель толщина бислоя изменя-ется. Как при этом изменится электрическая емкость мембра-ны? Как изменится напряженность электрического поля в мембране?

С помощью спин-меченых молекул фосфолипидов уста-новлен градиент вязкости по толщине мембраны. Опишите эк-сперимент. Где вязкость выше: у поверхности мембраны или в ее центре?

1.1.1. Толщина биологической мембраны:

10 А, 3. ОД мкм

10 нм 4. 10 мкм

1.1.2. Жидкостно-мозаичная модель биологической мембраны включает в себя:

белковый слой, полисахариды и поверхностные липиды

липидный монослой и холестерин

липидный бислой, белки, микрофиламенты

липидный бислой

1.1.3. Липидная часть биологической мембраны находится в следующем физическом состоянии:

жидком аморфном

твердом кристаллическом

твердом аморфном

жидкокристаллическом

1.1.4. Удельная электрическая емкость мембраны аксона:

1.1.5. Характерное время переноса переноса молекулы фосфолипидов из одного положения равновесия в другое при их диффузии:

1.1.6. Фазовый переход липидного бислоя мембран из жидко-кристаллического состояния в гель сопровождается:

утоньшением мембраны

толщина мембраны не меняется

утолщением мембраны

1.2. Транспорт веществ через биологические мембраны.

Контрольные вопросы, задачи, задания к семинарам

1.От каких параметров зависит критический радиус липидной поры в мембране?

2. Рассчитайте критический радиус поры при отсутствии мембранного потенциала. Принять краевое натяжение поры 10 -11 Н, поверхностное натяжение липидного бислоя 0,3 мН/м.

3. Как изменится облегченная диффузия ионов каоия с участием молекулы валиномицина после фазового перехода мембранных липидов из жидкокристаллических состояний в Гель?

4.Удельная электрическая емкость мембраны аксона, изме-ренная внутриклеточным микроэлектродом, оказалась равной 0,5 микрофарад/см 2 . По формуле плоского конденсатора оце-нить толщину гидрофобного слоя мембраны с диэлектрической проницаемостью 2.

Типовые тесты текущего контроля

1.2.1. Перенос ионов происходит в направлении:

1.2.2. Уравнение диффузии неэлектролитов (Фика) записыва-ется:

2.3. Молекула валиномицина переносит через мембрану:

1.2.4. Перенос вещества при облегченной диффузии идет по сравнению с простой диффузией:

в противоположную сторону

медленнее
1.3. Биоэлектрические потенциалы.
Контрольные вопросы, задачи, задания к семинарам
(Ответ: 1,З*10 7 В/м.)
7. Рассчитайте амплитуду потенциала действия, если кон-
центрация калия и натрия внутри клетки возбудимой тка-
ни соответственно: 125 ммоль/л, 1,5 ммоль/л, а снаружи
2,5 ммоль/л и 125 ммоль/л.
(Ответ: 160 мВ.)
Типовые тесты текущего контроля
1.3.1.Мембранным потенциалом ф м называется:
1.3.2. Диаметр кончика внутриклеточного электрода, использу-емого для измерения мембранного потенциала:
1.4. Механизм генерации потенциала действия.
Контрольные вопросы, задачи, задания к семинарам
1. Возможен ли процесс на мембране возбудимой клетки, при котором одновременно навстречу текут потоки различных ионов, имеющих одинаковый знак заряда?
2. В чем смысл выражения
для II фазы потенциала действия кардиомиоцита?
3. В чем причина того, что ток через канал дискретный, а через мембрану - непрерывный, плавно изменяющийся?
Типовые тесты текущего контроля
1.4.1. В фазе деполяризации при возбуждении аксона потоки ионов Na + направлены:
1. ад 2. бд 3. ад 4. в 5. аг
1. 4.2. В фазе реполяризации аксона потоки ионов направлены:
1.ад 2.бд 3. бе 4. г
4.3. Длительность потенциала действия кардиомиоцита по сравнению с потенциалом действия аксона
1. больше 2. меньше 3. равна
4.4. Фаза плато в кардиомиоците определяется потоками ионов:
1. Антонов В.Ф . Биофизика мембран // Соровский образовательный журнал. – 1997. – Т. – 6. С. 1-15.
2. Антонов В.Ф., Смирнова Е.Ю., Шевченко Е.В. Липидные мембраны при фазрвых превращениях. – М.: Наука, 1992. – С. 125.
3. Кленчин В.А. Биологические мембраны. – 1993. – Т. 10. –С. 5-19.
4. Чизмаджаев Ю.А., Аракелян В.Б., Пастушенко В.Ф. Биофизика мембран. – М.: Наука, 1981. - С. 207-229.
5. Котек А., Яначек К. Мембранный транспорт. М.: Мир, 1980.
6. Лайтфут Э. Явления переноса в живых системах. М.: 1977.
7. Рубин А.Б. Биофизика. М.: Высш. Шк., 1987.
8. Биологические мембраны: Сборник / Под. Ред. Д.С.Парсонса. М.: Атомиздат, 1978.
9. Мембраны: Ионные каналы: Сб. ст. М.: Мир, 1981.
10. Хиллс Б.В. сб. Мембраны: ионные каналы. М.: Мир, 1981.
11. Физиология и патофизиология сердца. Под. ред. Н. Сперелакис: М.: Медицина, 1998.
12. Физиология человека. Под. ред. Шмидта Р. И Тевса Г. Т. 1. М.: Мир, 1996.
РАЗДЕЛ 2. БИОФИЗИКА КЛЕТОК И ОРГАНОВ
2. 1. Электрическая активность органов.
Контрольные вопросы, задачи, задания к семинарам
1.В чем состоит принцип эквивалентного генератора? Приведите примеры использования этого принципа.
2. Почему именно обратная задача электрокардиографии является задачей диагностики, а не прямая?
3. Каков механизм образования карты электрических потенциалов на поверхности тела человека?
4. Почему необходимо регистрировать минимум 3 отведения ЭКГ, а не например один?
Типовые тесты текущего контроля
2.1.1. При моделировании ЭКГ полагают, что окружающая диполи среда
а. однородна а", неоднородна
б. изотропна б", анизотропна
в. ограничена в", бесконечна
1. абв 2. а"б"в" 3. аб"в 4. абв"
2.1.2. Что является причиной изменений величины и направления интегрального электрического вектора сердца за циклего работы?
2.1.3. Почему амплитуды одних и тех же зубцов ЭКГ в один и тот же момент времени в различных отведениях не одинаковы?
2.1.4. Интегральный электрический вектор сердца Е описывает петли Р, QRS, Т:
1.в горизонтальной плоскости
2.в плоскости поверхности грудной клетки
З.в объемном пространстве XYZ
4.в плоскости, соединяющей точки правой, левой руки и ле-вой ноги
2.1.5 Регистрируемые разности потенциалов
1. аг 2. бе 3. вг 4. дв
2.2. Автоволновые процессы в активных средах.
Контрольные вопросы, задачи, задания к семинарам
Типовые тесты текущего контроля
2.2.1. Волна возбуждения (автоволна), распространяясь по активной среде (например, по структуре миокарда), не затухает:
2.2.2 Длина волны возбуждения в активной среде зависит от:
а. амплитуды потенциала действия кардиомиоцита
б. от скорости распространения волны по миокарду
в. от частоты импульсов пейсмекера
г. от длительности рефрактерного периода возбужденной
клетки
1. аб 2. бг 3. вг 4. аг
2.2.3.Циркуляция автоволны (reentry) длительностью Xв коль-це с периметром / может возникнуть при условии:
2.2.4. Если в неоднородной активной среде имеются зоны с рефрактерностями R 1 и R 2 (R 2 > R:) и импульсы от пейсмекера следуют с периодом Т, то трансформация ритма может возник-нуть при условии:
1. TR 1 3.T = R 2 -R 1
2.3. Биофизика мышечного сокращения.
Контрольные вопросы, задачи, задания к семинарам
Типовые тесты текущего контроля
2.3.1. При мышечном сокращении:
а. нити актина скользят внутрь саркомера вдоль миозина
б. миозин сжимается подобно пружине
в. мостики прикрепляются к активным центрам актина
г. мостики размыкаются
1. ав 2. бг 3. бв 4. аг
2.3.2. Сила сокращения, генерируемая мышцей, определяется:
1. длиной активной нити
2 изменением силы, генерируемой одним мостиком
2.3.3. Зависимость скорости v одиночного сокращения мышцы от нагрузки Р имеет вид:
2.3.4.Электромеханическое сопряжение определяется следую-щей цепью событий:
а. выброс ионов Са 2+ на миофибриллы
б. возбуждение клеточной мембраны
в. активный транспорт ионов Са 2+ внутрь саркоплазматического ретикулума
г. замыкание мостиков на активные центры актина
д. скольжение актина внутрь саркомера
1. Физиология человека. Т. 2. М.: Мир, 1996.
2. Васильев В.А., Романовский Ю.Н., Яхно В.Г. Автоволновые процессы. М.: Наука, 1987.
3.Иваницкий Г.Р., Кринский В.И., Сельков Е.Е. Математическая биофизика клетки. М.: Наука, 1978.
4. Черныш А.М. Биомеханика неоднородностей сердечной мышцы. М.: Наука, 1993.
5. Бендол Дж. Мышцы, молекулы и движение. М.: Мир, 1989.
РАЗДЕЛ 3. БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
3.1. Моделирование биофизических процессов.
Контрольные вопросы, задачи, задания к семинарам
Типовые тесты текущего контроля
3.1.1. В модели хищник-жертва показано, что численность популяций хищников и жертв совершает гармонические колебания. Одинаковы ли частоты и фазы этих колебаний?
а. частоты одинаковы в. фазы одинаковы
б. частоты разные г. фазы разные
1. ав 2. бв 3. аг 4. бг
3.1.2. Какая модель является адекватной для исследований электрогенеза в клетках?
1. липосома 2. бислойная липидная мембрана
3. аксон кальмара 4. модель Франка
3.2. Биофизика системы кровообращения.
Контрольные вопросы, задачи, задания к семинарам
1. Учебно-методический комплекс по дисциплине «государственное регулирование экономики»
  Учебно-методический комплекс
  ... Учебно -методический комплекс по дисциплине «ГОСУДАРСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ЭКОНОМИКИ» УФА -2007 Государственное регулирование экономики: Учебно -методический комплекс ... экономических наук Учебно -методический комплекс по дисциплине «Государственное...
2. Учебно-методический комплекс по дисциплине общепрофессиональной подготовки «теория и методика обучения биологии» специальности «050102 65 – биология»
  Учебно-методический комплекс
  Учебно -методический комплекс по Учебно-методический комплекс
  ... __________________________________________________________ (ф.и.о.) Учебно -методический комплекс по дисциплине Организация ЭВМ и... Самме Г.В. Учебно -методический комплекс по дисциплине Организация ЭВМ и систем (название дисциплины ) составлен...
Эритроци́ты также известные под названием кра́сные кровяны́е тельца́ , -клетки крови человека. Эритроциты - высокоспециализированные клетки, функцией которых является перенос кислорода из лёгких к тканям тела и транспорт диоксида углерода (CO 2) в обратном направлении. У позвоночных, кроме млекопитающих, эритроциты имеют ядро, у эритроцитов млекопитающих ядро отсутствует.

Наиболее специализированы эритроциты млекопитающих, лишённые в зрелом состоянии ядра и органелл и имеющие форму двояковогнутого диска, обусловливающую высокое отношение площади к объёму, что облегчает газообмен. Особенности цитоскелета и клеточной мембраны позволяют эритроцитам претерпевать значительные деформации и восстанавливать форму (эритроциты человека диаметром 8 мкм проходят через капилляры диаметром 2-3 мкм).

Транспорт кислорода обеспечивается гемоглобином (Hb), на долю которого приходится ≈98 % массы белков цитоплазмы эритроцитов (в отсутствии других структурных компонентов). Гемоглобин является тетрамером, в котором каждая белковая цепь несёт гем - комплекс протопорфирина IX с ионом двухвалентного железа, кислород обратимо кординируется с ионом Fe 2+ гемоглобина, образуя оксигемоглобин HbO 2:

Особенностью связывания кислорода гемоглобином является его аллостерическое регулирование - стабильность оксигемоглобина падает в присутствии 2,3-дифосфоглицериновой кислоты - промежуточного продукта гликолиза и, в меньшей степени, углекислого газа, что способствует высвобождению кислорода в тканях, в нём нуждающихся. Содержимое эритроцита представлено главным образом дыхательным пигментом гемоглобином, обусловливающим красный цвет крови. Однако на ранних стадиях количество гемоглобина в них мало, и на стадии эритробластов цвет клетки синий; позже клетка становится серой и, лишь полностью созрев, приобретает красную окраску.

Важную роль в эритроците выполняет клеточная (плазматическая) мембрана, пропускающая газы (кислород, углекислый газ), ионы (Na, K) и воду.Плазмолемму пронизывают трансмембранные белки - гликофорины, которые, благодаря большому количеству остатков сиаловой кислоты, ответственны примерно за 60 % отрицательного заряда на поверхности эритроцитов.

На поверхности липопротеидной мембраны находятся специфические антигены гликопротеидной природы - агглютиногены - факторы систем групп крови(на данный момент изучено более 15 систем групп крови: AB0, резус фактор, антиген Даффи (англ.)русск., антиген Келл, антиген Кидд (англ.)русск.), обусловливающие агглютинацию эритроцитов при действии специфических агглютининов.

Эффективность функционирования гемоглобина зависит от величины поверхности соприкосновения эритроцита со средой. Суммарная поверхность всех эритроцитов крови в организме тем больше, чем меньше их размеры. У человека диаметр эритроцита составляет 7,2-7,5 мкм, толщина - 2 мкм, объём - 76-110 мкм³ Мембрана эритроцита представляет собой пластичную молекулярную мозаику, состоящую из белков, липопротеинов и гликопротеинов и, возможно, чисто липидных участков. Толщина ее составляет около 10 нм, она примерно в миллион раз более проницаема для анионов, чем для катионов. Перенос веществ через мембрану совершается в зависимости от их химических свойств разными способами: гидродинамически (путем диффузии), когда вещества, как в растворе, проходят через заполненные водой мембранные поры, или, если вещества растворимы в жирах, путем проникновения через липидные участки. Некоторые вещества способны вступать в легко обратимые связи со встроенными в мембрану молекулами - переносчиками, и в дальнейшем они или пассивно, или в результате так называемого активного транспорта проходят через мембрану.

45.Образование эритроцитов. Факторы, участвующие в образовании эритроцитов и гемоглобина, регуляция эритропоэза. СОЭ, ключевые факторы, определяющие величину СОЭ.

главным стимулом развития эритроцитов яв-ся гипоксия. Гипоксия – снижение сод-ия кислорода в тканях. Дефицит О2 способствует обр-ию эритропоэтинов в эпителие почек. Эритропоэтины поступают в кровь, затем в ККМ, где стимулируют диф-ку и развитие стволовых клеток в эритроциты. Регуляцией эритропоэза зан-ся витамин в12 и фолиевая кислота. Эти витамины необходимы для созревания и развития ядра клетки. Витамин в12 связывается в желудке с белком переносчиком и оьразуется транскобаламин и перенсится в 12 п.к.. Там он подвергается гидролизу, а вит. В12 с внутренним фактором кроветворения пост-ет в подвздошную кишку. В этом отделе в присутствий Са2+ связывается с мембраной энтероцита. Попадает вв кровь, и транспортируется к к-мишеням. Витамин В12 уч-ет в синтезе ДНК в эритробластах. Витамин в6 - кофермент, уч-ий в обр-ий гема в эритробластах. Витамин С – способствует метаболизму фолиевой кислоты в эритробластах. СОЭ – неспециический показатель на наличие болезни, т.к. повышается уровень белков плазмы крови и скорость оседания эритроцитов повышается. В норме от 5 до 10 мм/час.

Изучение белков, содержащихся в плазматической мембране эритроцитов, позволило сформулировать новые представления о строении мембран. Возникло, в частности, предположение о том, что по крайней мере некоторые мембраны имеют «скелет». В мембране эритроцита человека содержится пять главных белков и большое число минорных. Большинство мембранных белков-гликопротеины. К интегральным белкам в мембране эритроцита относится гликофорин («переносчик сахара»). Его молекулярная масса составляет 30000; гликофорин содержит 130 аминокислотных остатков и множество остатков сахаров, на долю которых приходится около 60% всей молекулы. На одном из концов полипептидной цепи располагается гидрофильная голова сложного строения, включающая в себя до 15 олигосахаридных цепей, каждая из которых состоит приблизительно из 10 остатков сахаров. На другом конце полипептидной цепи гликофорина находится большое число остатков глутаминовой и аспарагиновой кислот (рис. 12-20), которые при pH 7,0 несут отрицательный заряд. В середине молекулы, между двумя гидрофильными концами, располагается участок полипептидной цепи, содержащий около 30 гидрофобных аминокислотных остатков. Богатый сахарами конец молекулы гликофорина локализуется на внешней поверхности мембраны эритроцита, выступая из нее в виде кустика. Считают, что расположенный в середине молекулы гликофорина гидрофобный участок проходит сквозь липидный бислой, а полярный конец с отрицательно заряженными остатками аминокислот погружен в цитозоль. Богатая сахарами голова гликофорина содержит антигенные детерминанты, определяющие группу крови (А, В или О). Кроме того, на ней имеются участки, связывающие некоторые патогенные вирусы.
На долю другого важного белка мембраны эритроцитов - спектрино - приходится до 20% общего количества белков в мембране.
Рис. 12-20. Молекула гликофорина в мембране эритроцита. Выступающие из мембраны разветвленные углеводные цепи несут специфические участки, определяющие группу крови, а также участки, ответственные за связывание некоторых вирусов.
Этот периферический белок расположен на внутренней поверхности мембраны; он легко поддается экстракции. Молекула спектрина состоит из четырех полипептидных цепей, суммарная молекулярная масса которых составляет около 1 млн.; эти цепи образуют длинные гибкие стержни длиной 100-200 нм. Связываясь с определенными белками и липидами на внутренней поверхности мембраны эритроцита, молекулы спектрина формируют гибкую решетку, которая, по-видимому, играет роль скелета мембраны. Со спектрином связываются также микрофиламенты актина, и весьма вероятно, что именно они соединяют стержни спектрина друг с другом. Таким образом, можно говорить о том, что мембрана эритроцита имеет скелет, или каркас, на котором крепятся специфические липиды и мембранные белки (рис. 12-21).
Плазматические мембраны других клеток имеют более сложное строение.

Рис. 12-21. Схематическое изображение участка эритроцитарной мембраны. На схеме показаны олигосахаридные «антенны», образованные мембранными гликопротеинами и гликолипидами, боковые олигосахаридные цепи гликофорина, а также присоединенная к внутренней поверхности мембраны скелетная основа из молекул спектрина, связанных между собой короткими нитями актина.
На внешней поверхности клеток во многих плотных тканях присутствует еще один важный гликопротеин - фибронектин (разд. 11.12), обладающий высокой адгезивном способностью и, возможно, обеспечивающий слипание однотипных клеток друг с другом.

Эритроцитарная мембрана. Отсюда был сделан вывод, что мембрана эритроцитов состоит из липидных молекул, расположенных в два слоя

1.5.Темы практических занятий

Учебно-методический комплекс по дисциплине «государственное регулирование экономики»

Учебно-методический комплекс по дисциплине общепрофессиональной подготовки «теория и методика обучения биологии» специальности «050102 65 – биология»