Биологическая химия. Том 31 - Карасев В.А.
Скачать (прямая ссылка):
|Рис. 12. Принципиальная схема зонно-блочной модели биомембран:
а — белки; б — фосфолипиды; в — изопренонды; г — полисахариды; 1—4 зоны ССИВС
могут быть взаимосвязаны между собой. В межзонной области локализованы стерины и терпеноиды, стабилизирующие биполярные группировки фосфолипидов, причем число изопреноид-ных звеньев определяет количество связанных фосфолипидных молекул. Периодическая блочная структура модели учитывает олигомерную организацию белков. При этом, как видно из рисунка 12, в состав структурно-функционального повторяющегося блока могут входить по разные стороны мембраны совершенно различные белки. Тем самым наша модель отражает возможность возникновения на ранних этапах эволюции и существования в современных биомембранах структурно-функциональной асимметрии. Такая асимметрия может распространяться не только на белки, но и, как было показано на рисунке 8, на молекулы фосфолипидов.
Отметим, что требование минимизации гидрофобных контактов структурных элементов мембраны, сформулированное в работе [15], удовлетворяется в модели тем, что цепи жирных
кислот погружены в белковую структуру, а гидрофильностъ поверхности создается не за счет функциональных групп фосфолипидов, выполняющих свою роль в центральных зонах ССИВС, а с помощью полисахаридов, входящих в состав гликопротеинов, а также полярных групп белков.
6.2.3. Функционирование модели
Представленная на рисунке 12 модель биомембран значительно проще, чем реальные мембраны. Тем не менее, она может быть использована и для анализа возможного функционирования основных компонентов биомембран — фосфолипидов и белков. Ниже проведен такой анализ, в основу которого положены наши представления о механизмах переноса зарядов по ССИВС.
Фосфолипиды. Основные состояния, в которых могут находиться функциональные группировки фосфолипидов в центральных зонах ССИВС были описаны нами в работах [6,8] и представлены детально на рисунке 13.
?1
р- I н I I н I е~
-VhO—P=0...HN...H0—Р=0.. ..0=р— 0H...NH...0=P—0Н-~
I I I - е- I I I
..NH...0=P—ОН...NH^- МЫ...НО—Р=О...НМ..
Н I н н | н
R* R2
а) 1 б) I
е* I н I I н I е-
•— но— P=O...HN...HO— Р=0.. ~0=Р—OH...NH...O=P—0Н-*5-
..NH...0=P—0H...NH —> HN...H0—P=0...HN.
Н | Н Н | н
г) 6)
Рис. 13. Функционирование биполярных головок фосфолипидов в модели
биомембран
Как видно на этом рисунке, процесс переноса зарядов по «энергетическим зонам» может быть описан четырьмя стадиями. На стадии а) заряд по верхней системе переносится слева направо, а по нижней — справа налево (начальные состояния). На стадии б), когда процесс прохождения сигнала закончился, обе ССИВС находятся в конечном состоянии. Стадии в) иг),
соответственно, начальное и конечное состояния процесса прохождения сигналов в обратном направлении. В результате прохождения всех четырех стадий совершается полный цикл и ССИВС возвращаются к исходному состоянию а). (Отметим, что противоположные направления переноса сигналов на верхней и нижней системах мы приняли из соображений симметрии состояний ССИВС).
Функционирование белков. Рассмотренный выше многостадийный процесс прохождения сигналов по фосфолипидным зонам ССИВС, очевидно, должен обеспечивать синхронизованную работу белков. Для анализа их поведения воспользуемся несколько видоизмененным рисунком 7, представленным в виде двух состояний (рис. 14).
нем Ъраны
*1
г
Рис. 14. Функционирование белков в модели биомембран
В отличие от рисунка 7, на данном рисунке половина контактов белков (тех же ССИВС) замкнута, а вторая, симметричная половина, разомкнута. Детальное представление о характере таких контактов дают рисунки 4, 5, изображающие конфор-мационные переходы в процессе функционирования ферментов.
Предположим, что в состоянии а), контакты k\—k2' белка А^/ замкнуты, а контакты k2—k\—разомкнуты. Процесс прохождения сигнала по ССИВС, в соответствии с описанным в разд. 4.3.3. механизмом, может вызвать сокращение длины водородных связей, что приведет к сближению ранее удаленных групп, и формированию новых ССИВС в области контакта. Вследствие этого контакты субъединиц будут изменяться и, в силу симметрии, белки будут переходить в состояние б). Теперь контакты k\—k2 белка А\А\ разомкнуты, а контакты
k2—k\ — замкнуты. В свою очередь, изменение состояния контактов белка AiA/ может влиять на состояние контактов субъединиц других белков. Например, в состоянии а) контакты k3—&4 субъединиц Bi и Ai замкнуты, k3'—kj субъединиц А/ и В2' разомкнуты, а в состоянии б) наоборот. Такая согласованная смена контактов возможна лишь при условии синхронных колебаний обоих белков. При этом, вследствие синхронизации работы, эти белки можно рассматривать как единый комплекс, работающий в режиме «флип-флоп». На рисунке 13 видно, что в состоянии а) такой комплекс составляют субъединицы BjAj (заштриховано), а в состоянии б)—субъединицы А/В2'. В целом эти две пары субъединиц представляют собой структурно-функциональный дуплицированный блок, поочередно меняющий свое состояние. Аналогичные «флип-флоп» переходы должны осуществляться, по-видимому, на всем протяжении участка мембраны, состоящего из идентичных структурнофункциональных блоков, причем их состояния могут опосредовать описанные выше процессы в центральных, «энергетических» зонах, образованных функциональными группировками фосфолипидов.
