3. Жидкостно-мозаичная концептуальная модель биомембраны Сингера-Николсона (1972 г.)

3

В настоящее время жидкостно-мозаичная модель биомембраны Сингера и Николсона (1972 г.) получила общее признание.

Согласно этой модели, мембрана представлена бислоем фосфолипидных молекул, ориентированных таким образом, что гидрофобные концы молекул находятся внутри бислоя, а гидрофильные направлены в водную фазу(рис. 2.1).

В жидкостно-мозаичной модели, в центре которой находится представление о подвижности мембранных компонентов, мембрана рассматривается как некое липидное море, в котором свободно плавают глобулярные белки, окруженные аннулярными липидами.

Изображение элементов биомембраны

Рис. 49. Схема расположения Na/K-АТФазы в клеточной мембране (а) и структура ее специфического ингибитора уабаина (б)

Расположение N- и С-концов полипептидных цепей указано соответствующими буквами. Мембранная часть α-субъединицы представлена 10 α-спиралями (колоннами),

На рис. 807251432 показана модель представленная в учебнике.

Рис. 807251432. Трехмерная жидкостно-мозаичная модель клеточной мембраны (по Сингеру—Николсону). А — фосфолипидный бислой, в который погружены белки; Б — различные моменты движе­ния Na⁺ через клеточную мембрану.

4

Рис. 807261505. ???. E-пространства (Exstracellular Space), P-пространство (Protoplasm, цитозоль); Ef – Е‑поверхность (E face), Eh – Е‑монослой (половина) (E half), Pf – P‑поверхность (P face), Ph – P‑монослой (половина) (P half).

4. Предметные модели биомембраны

5. Современные подходы к исследованию биомембран

5

Клеточные мембраны даже в клетках одного типа значительно отличаются друг от друга как по составу, так и по осуществляемым ими функциям. По этой причине первоочередной задачей исследования обычно является получение клеточных фракций в достаточно чистом виде.

Выделение и характеристика мембранных фракций

6

Исследование мембран, как правило, сопряжено с их очисткой, причем для каждого типа мембран характерны свои условия препаративного выделения. Нужно подобрать оптимальные условия разрушения клеток и отделения мембран, представляющих интерес, от других клеточных компонентов. Особого внимания заслуживают критерии чистоты выделенных мембран.

Для получения мембран клетки сначала разрушают, используя один из следующих методов: осмотический шок, растирание нарезанных кусочков ткани с кварцевым стеклом или стеклянными шариками или размельчение гомогенизаторами различных типов. Метод разрушения клеток и длительность обработки выбирают в зависимости от типа ткани. Бактериальные протопласты и эритроциты обычно подвергают осмотическому шоку (!!!). Мягкие ткани (печень, мозг) разрушают с помощью стеклянного гомогенизатора Поттера, более плотные – ножевым гомогенизатором, жабры рыб растирают с кварцевым песком.

Если полученную путем гомогенизации смесь органелл и мембранных фрагментов подвергнуть центрифугированию, то частицы, имеющие различную плотность и размеры, будут осаждаться с различной скоростью. При постоянном центробежном ускорении скорость осаждения будет прямо пропорциональна массе частиц и разности между их плотностью и плотностью среды.

Разрушенные клеточные мембраны способны замыкаться и образовывать пузырьки (везикулы) диаметром 0,3–3,0 мкм.

При выяснении морфологии мембранных фракций важную роль сыграли два метода: дифракция рентгеновских лучей и электронная микроскопия. Но следует иметь в виду, что при выяснении детальной картины молекулярной организации мембран оба этих метода сталкиваются с рядом ограничений.

Микроскопия с фазовым контрастом.

Применяют в первую очередь для идентификации ядерной фракции. Митохондриальные фрагменты или везикулы шероховатого ЭР, содержащие на своей поверхности рибосомы, легко распознаются морфологически.

Определение активности маркерных ферментов.

Фермент может служить маркером определенного типа мембран, если он прочно связан с мембраной, не инактивируется при выделении данной фракции и локализуется исключительно в данных органеллах.

К сожалению, многие маркерные ферменты (например, Na/K-АТФаза. 5-нуклеотидаза, сукцинатдегидрогеназа) при выделении или хранении могут терять активность. Кроме того, большинство встроенных в мембрану ферментов характеризуется асимметричной локализацией активного центра. По этой причине их активность в замкнутых фрагментах часто не удается определить из-за недоступности для субстрата. Это так называемая «латентная активность фермента». Она может быть выявлена в присутствии низких концентраций детергента или ионофоров (типа аламетицина), образующих крупные каналы в замкнутых мембранных везикулах.