Организация мембранных микродоменов рафтов Membrane Fusion

Организация мембранных микродоменов (рафтов)

Membrane Fusion

Функции биомембран • Барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой. • Транспортная — через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки. • Матричная — обеспечивает определенное взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие. • Механическая — обеспечивает автономность клетки, ее внутриклеточных структур, также соединение с другими клетками (в тканях). Большую роль в обеспечение механической функции имеют клеточные стенки, а у животных — межклеточное вещество. • Энергетическая — при фотосинтезе в хлоропластах и клеточном дыхании в митохондриях в их мембранах действуют системы переноса энергии, в которых также участвуют белки; • Рецепторная — некоторые белки, находящиеся в мембране, являются рецепторами (молекулами, при помощи которых клетка воспринимает те или иные сигналы). • Ферментативная — мембранные белки нередко являются ферментами. Например, плазматические мембраны эпителиальных клеток кишечника содержат пищеварительные ферменты. • Генерация и проведение биопотенциалов. С помощью мембраны в клетке поддерживается постоянная концентрация ионов: концентрация иона К+ внутри клетки значительно выше, чем снаружи, а концентрация Na+ значительно ниже, что очень важно, так как это обеспечивает поддержание разности потенциалов на мембране и генерацию нервного импульса. • Маркировка клетки — на мембране есть антигены (гликопротеины), действующие как маркеры — «ярлыки» , позволяющие опознать клетку. С помощью маркеров клетки могут распознавать другие клетки и действовать согласованно с ними, например, при формировании органов и тканей. Это же позволяет иммунной системе распознавать чужеродные антигены.

Caveolae ("little caves") first seen in the electron microscope as distinct invaginations (infoldings) of the cell membrane are a special type of lipid raft that have small caveolin protein molecules localized on their cytoplasmic side (Review: Razani & Lisanti, 2001. Exp. Cell Research 271: 36 -44). It is likely that the accumulation of many proteins makes the caveolae lipid rafts become evident in the electron microscope. The caveolae have been implicated in the uptake of cholesterol by endocytosis and in the accumulation of signal transduction and other components prior to their endocytosis by receptor mediated endocytosis (see future lectures). While caveolae are known to be stable, cholesterol-rich membrane domains containing the structure-specific protein caveolin, their potentially diverse roles in cell function are under analysis.

Na+/K+-ATPase

Модель мембраны с перфориновыми кольцами, позволяющими протеолитическим ферментам-грензимам проникать внутрь клетки. Белок перфорин осуществляет свою функцию, просверливая отверстия в клетках, которые переродились в раковые или были захвачены вирусами. Отверстия позволяют токсичным протеолитическим ферментам попадать в клетки, что приводит к их гибели.

Воздействие этилового спирта на структуру клеточной мембраны: компьютерное моделирование. Молекулы воды показаны синим, гидрофильные головные группы липидных молекул – красным и гидрофобные хвосты липидных молекул – серым. Показаны: клеточная мембрана до добавления алкоголя (справа) и мембрана под воздействием 30 об. % раствора этилового спирта (слева). Этиловый спирт разрушает бислойную структуру мембраны, происходит агрегация липидных молекул внутри мембраны, сопровождаемая появлением в мембране воды – в результате, клеточная мембрана не в состоянии больше выполнять свои функции эффективного барьера.

Вопрос о влиянии этилового спирта на живой организм очень заинтересовал художника Дмитрия Шагина, являющегося не только «современным символом Санкт. Петербурга» , но и председателем попечительского совета реабилитационного центра для больных алкоголизмом «Дом надежды на горе» . После продолжительной дискуссии Дм. Шагин проиллюстрировал разрушение клеточной мембраны молекулами этанола, изобразив на картине две подводные лодки: в первой трезвые матросы, крепко держась за руки (подобно липидным молекулам здоровой мембраны), стоят в ряд на боевом посту, во второй – матросы лежат пьяными внутри лодки, пост заброшен, лодка затонула, в кингстоны хлынула вода.

Signal Transduction in Cells in our body are surrounded by a lipid membrane. The "water-loving" heads of the phospholipid molecules (blue) are directed towards the outer and inner surfaces of the membrane. Many proteins stretch through the entire membrane. A first messenger (1), a molecule of adrenaline, binds to a specific adrenaline receptor (2), a discriminator. Thereby, the transducer (3), a G protein - composed of alpha-, beta- and gamma subunits - is activated. This, in turn, stimulates the amplifier (4), adenylate cyclase, which produces (5) the second messenger, cyclic AMP, from (6) ATP (adenosine- triphosphate). (7) A cascade of enzymatic reactions alters the behaviour of the cell and (8) via phosphorylation (9) glycogen is transformed to (10) glucose, which the cell uses to generate ATP. Phosphorylation can also alter membrane proteins, for example, ion channels (11).

Свободнорадикальная активация процессов перекисного окисления липидов. Радикал Х атакует ненасыщенные связи жирных кислот, приводя к образованию липидных радикалов (А). Процесс ПОЛ, инициируемый этими радикалами, осуществляется как цепная реакция, которая приводит к накоплению различных липоперекисей (Б). Последние вызывают нарушения упаковки мембраны и внедрение в области мембранных дефектов молекул воды и гидрофильных соединений, в том числе ионов Са (В). Кальций активирует фосфолипазу (Фл), которая расщепляет дефектную молекулу липида. Легче всего окисляются фосфолипиды, содержащие полиненасыщеную арахидоновую кислоту. Высвобождение арахидоновой кислоты позволяет использовать ее для образования биологически активных соединений. В дальнейшем специальный фермент глутатион-пероксидаза (Глу-Пер)обеспечивает репарацию мембраны