ой поверхности на небольшом освещенном участке клетки. Б-флуоресцирующие молекулы обесцвечивают интенсивной световой вспышкой. В-по мере того как в результате диффузии обесцвеченные молекулы выходят из освещенной области, а не подвергшиеся обесцвечиванию входят в нее, происходит восстановление флуоресценции до исходного уровня. Г-скорость восстановления зависит от коэффициента диффузии.

10.14. Мембранные белки не перемещаются поперек бислоев

В отличие от движения в плоскости мембраны спонтанное перемещение липидов от одной поверхности мембраны к другой происходит очень медленно. Перемещение молекулы с одной поверхности мембраны на другую называют поперечной диффузией (или "flip-flop''-перескок), тогда как диффузию молекул в плоскости мембраны называют латеральной диффузией. Методом электронного парамагнитного резонанса было проведено прямое определение поперечной диффузии фос-фолипидных молекул в фосфатидилхоли-новых пузырьках; оказалось, что переход молекулы фосфолипида с одной стороны бислоя на другую совершается один раз за несколько часов (описание эксперимента дано в конце главы в разделе «Вопросы и задачи», пункт 5). Таким образом, поперечная диффузия молекулы фосфолипида на расстояние 50 А занимает в 109 раз больше времени, чем диффузия на то же расстояние в латеральном направлении.

Энергетический барьер для поперечной диффузии молекул белка еще выше, чем для липидов, поскольку в белках значительно больше полярных участков. Проведенные исследования не выявили поперечной диффузии белка. Следовательно, асимметрия мембран сохраняется на довольно длительное время.

10.15. Жидкостно-мозаичная модель биологических мембран

В 1972 г. Джонатан Сингер и Гарт Никол-сон (J. Singer, G. Nicolson) предложили жид-костно-мозаичную модель, объясняющую в общих чертах организацию биологических мембран. Согласно этой модели, мембраны представляют собой двумерные растворы определенным образом ориентированных глобулярных белков и липидов (рис. 10.28). В пользу предложенной модели свидетельствует большое количество экспериментальных данных. Основные положения жид-костно-мозаичной модели сводятся к следующему.

1. Большая часть мембранных фосфоли-пидов и гликолипидов представлена в виде бислоя. Липидный бислой играет двоякую роль, будучи одновременно растворителем для интегральных белков мембраны и барьером проницаемости.

2. Небольшая часть мембранных липидов специфически связана с определенными мембранными белками и, вероятно, необходима для их функционирования.

3. Мембранные белки свободно диффундируют в липидном матриксе в латеральном направлении, но не могут перемещаться в поперечном направлении, т. е. от одной поверхности мембраны к другой.

10.16. Мембранам свойственна асимметрия

о

Мембраны асимметричны как по структуре, так и по функциям; об этом свидетельствуют примеры ориентации гликофорина и анионного канала, а также-более общий случай-локализация углеводов на наружной поверхности мембран. Наружная и внутренняя поверхности всех известных биологических мембран различаются по составу и ферментативной активности. Яркой иллюстрацией этого положения может служить насос, регулирующий концентрации Na+ и К+ в клетках. Эта транспортная система имеется в плазматических мембранах почти всех клеток высших организмов. Na+-K+-Hacoc ориентирован в плазматической мембране таким образом, что выводит Na+ из клетки и насасывает К+ в клетку (рис. 10.29). Для работы насоса требуется также АТР, который должен находиться на внутренней стороне мембраны. Специфический ингибитор насоса уабаин эффективен

•Q

/ / ' I

Быстро

\ 1 '

О О

с: (

68

О

?

Латеральная диффузия

О о

{( li

Очень медленно

оо

> I

о только при воздействии с наружной стороны мембраны.

Как будет рассмотрено более подробно в одной из следующих глав (разд. 29.32), строго определенная ориентация мембранных белков обусловлена тем, что они синтезируются и включаются в мембрану, асимметричным образом. Эта абсолютная асимметрия сохраняется благодаря отсутствию трансмембранных перемещений белков на всем протяжении их существования в мембране. Липиды также распределены асимметрично, что обусловлено механизмом их биосинтеза, однако эта асимметрия практически во всех случаях, кроме гликолипидов, не является абсолютной. Например, в мембране эритроцита сфингомиелин и фосфатидилхолин расположены преимущественно в наружном слое бислоя, тогда как фосфатилэтаноламин и фосфатидилсе-рин главным образом-во внутреннем. Хо-лестерол в большом количестве присутствует в обоих слоях бислоя. Функциональное значение асимметрии липидов пока еще не ясно.

10.17. Текучесть мембран зависит от состава жирных кислот и содержания холестерола В мембранном бислое цепи жирных кислот в молекулах липидов могут находиться либо в строго упорядоченном жестком, либо в относительно дезорганизованном, жидком состоянии. В упорядоченном состоянии все связи С—С имеют транс-конформацию, тогда как в неупорядоченном -гош-конформацию (рис. 10.30).

Переход от твер