Структура мембраны

Биологические мембраны представляют собой асимметричные, текучие липидные бислои со встроенными и прикрепленными белками, архитектура которых описывается жидкостно-мозаичной моделью.

Definition

Структура мембраны относится к молекулярной архитектуре биологических мембран: текучий бислой амфипатических липидов, в который встроены или прикреплены интегральные и периферические белки, с различным составом на двух его сторонах.

Scope

Эта тема охватывает состав мембран, самосборку и физические свойства липидного бислоя, текучесть мембран и влияние липидного состава и холестерина, классы мембранных белков и асимметрию двух слоев мембраны.

Core questions

• Как происходит самосборка бислоя и что удерживает его вместе?
• Что контролирует текучесть мембраны?
• Как интегральные и периферические белки связываются с бислоем?
• Почему два слоя мембраны химически различны?

Key theories

Жидкостно-мозаичная модель

Зингер и Николсон представили мембрану как текучий липидный бислой с белками, распределенными в нем подобно мозаике, свободно диффундирующими латерально, что объясняет динамику мембраны и подвижность белков.

Mechanisms

Амфипатические липиды самопроизвольно собираются в бислой под действием гидрофобного эффекта, при этом хвосты обращены внутрь, а полярные головки — к водным фазам. Бислой является текучим, его вязкость определяется насыщенностью жирных кислот, длиной цепи и содержанием холестерина, который буферизует текучесть. Интегральные мембранные белки пронизывают или встраиваются в гидрофобное ядро, в то время как периферические белки связываются с поверхностью; липиды и белки асимметрично распределены между двумя слоями.

Clinical relevance

Архитектура мембран имеет центральное значение для биофизики, разработки модельных мембран и везикул, а также для изучения того, как поверхности организуют биохимические процессы. Изложение носит описательный, а не предписывающий характер.

History

Гортер и Грендель предложили липидный бислой в 1925 году; модель Давсона-Даниелли добавила белковые слои; а жидкостно-мозаичная модель Зингера и Николсона 1972 года объединила имеющиеся данные в ныне стандартную динамическую картину.

Key figures

• S. Jonathan Singer
• Garth Nicolson
• Evert Gorter

Seminal works

• singer1972
• nelson2021

Frequently asked questions

Как холестерин влияет на текучесть мембраны?

Холестерин действует как буфер текучести: он ограничивает движение при более высоких температурах и предотвращает плотную упаковку при более низких температурах, поддерживая мембрану в рабочем диапазоне текучести.

Что делает белок интегральным мембранным белком?

Интегральный мембранный белок имеет гидрофобные области, которые встраиваются или пронизывают ядро липидного бислоя, поэтому он может быть высвобожден только путем разрушения мембраны, в отличие от периферических белков, которые лишь связываются с поверхностью.