Фосфолипиды и жирные кислоты клеточных мембран
В самых первых главах мы очень поверхностно рассмотрели строение клеточных мембран. Для нас было важно понять, чем принципиально ВММ отличается от других мембран клетки.
Главные отличия ВММ от других мембран состоят в следующем:
1) почти непроницаема для заряженных молекул и ионов, включая самые маленькие ионы Н+ и К+;
2) имеет в составе очень мало холестерола, особенно в сравнении с цитоплазматической мембраной;
3) включает большое количество белков, уникальных только для митохондрий;
4) содержит КЛ;
5) имеет огромную поверхность благодаря большой складчатости (способности «комкаться»).
Очень важно понять, для чего служат эти особенности митохондрий и каким образом осуществляются. Если роль белков и их комплексов достаточно понятна и неплохо исследована, то роль липидов стали исследовать сравнительно недавно, и многие аспекты малоизвестны не только врачам, но и исследователям. Я думаю, будет полезно, если мы рассмотрим строение и функции липидной части биологических мембран более подробно с учетом последних данных. Тем более, что, как оказалось, эта новая информация в корне меняет наши взгляды на окислительный стресс и роль метаболизма ПНЖК в норме и в развитии многих болезней.
Есть основание полагать, что некоторые болезни (например, аутизм у детей, распространение которого достигает угрожающих масштабов) связаны с фальсификацией продуктов с использованием искусственных или неестественных для человека жиров (например, трансжиров и пальмового масла).
Основой биологической мембраны является ее липидная часть, состоящая из ФЛ, в которую с наружной и внутренней (цитоплазматической) поверхности в мембрану встроены белки, имеющих разные функции на каждой поверхности.
Толщина липидного слоя мембраны ≈7–8 нм. В мембрану встроены различные белки с наружной и внутренней стороны и интегральные белки, пронизывающие мембрану насквозь. Интегральные белки могут играть роль каналов или специфических переносчиков. Фосфолипидная часть цитопламатической (ЦП) мембраны обычно содержит большое количество холестерола, а не отдельные молекулы. Встраиваясь между ЖК фосфолипидов, холестерол придает мембране жесткость для поддержания формы клетки.
В мембрану также встроены интегральные белки, которые пронизывают ее толщу. Их функцией является обеспечение взаимосвязи между наружной и внутренней средами. Внутренняя среда у всех клеток и клеточных органелл является замкнутым пространством.
Фосфолипидный состав митохондриальных мембран. Мембраны клетки построены из разных ФЛ. При этом для митохондрий большую роль играет факт их происхождения от бактерий. ВММ имеет липидный состав, сходный с мембранами бактерий и даже сохраняет некоторые бактериальные ферменты метаболизма ФЛ, что соответствует эндосимбиотическому происхождению митохондрий, когда древние эукариоты интернализировали прокариотов (бактерии).
Митохондрии сердца свиньи имеют следующий состав в процентах от общего содержания ФЛ: фосфатидилэтаноламин — 37,0%, фосфатидилхолин — 25%, кардиолипин — 25,4% и фосфатидилинозитол — 4,5%. В митохондриях дрожжей (Saccharomyces cerevisiae) фосфолипидный состав следующий: фосфатидилхолин — 38,4%, фосфатидилэтаноламин — 24%, фосфатидилинозитол — 16,2%, кардиолипин — 16,1%, фосфатидилсерин — 3,8% и фосфатидная кислота — 1,5%. Нужно отметить, что эти данные приводятся для целых митохондрий, т.е. для суммы внутренней и наружной мембран.
Как можно видеть из табл. 12.1, более чем пятикратная разница в количестве мембранных белков между ВММ и НММ сопровождается значительными различиями не только в количестве отдельных ФЛ, но и в их составе. Особенно интересно почти полное отсутствие кардиолипина в наружной мембране. Попробуем разобраться в том, каким образом свойства ФЛ отражаются на их функциональной роли в мембранах.
Таблица 12.1. Фосфолипидный состав внутренней и наружной мембран митохондрий печени крысы (De Kroon et al., 1997)
| Фосфолипид | Митохондриальная мембрана |
| Внутренняя | Наружная |
| Фосфатидная кислота | Н.о. | 0,4±0,5 |
| Фосфатидилглицерол | 0,1±0,1 | 0,2±0,3 |
| Лизофосфолипиды | 0,4±0,4 | 0,4±0,6 |
| Фосфатидилсерин | 0,5±0,2 | 2,1±0,5 |
| Сфингомиелин | 0,9±0,4 | 0,7±0,6 |
| Фосфатидилинозитол | 5,4±0,8 | 13,4±2,3 |
| Кардиолипин | 13,5±2,1 | 0,3±0,3 |
| Фосфатидилэтаноламин | 34,4±2,0 | 27,5±1,7 |
| Фосфатидилхолин | 44,3±2,2 | 54,7±3,1 |
| ФХ + ФЭ | 78,7 | 82,2 |
| Отношение фосфолипид/белок | 220±20 | 1220±150 |
Комментарий к таблице. Числа представляют содержание неорганического фосфора в ФЛ как процент от общего фосфора фосфолипидов мембран в виде средней ± стандартное отклонение, n = 11. Отношение фосфолипид/белок выражено как нмоль фосфора ФЛ на 1 мг белка; «Н.о.» — не определяли