Биомембраны: молекулярная структура и функции - Геннис Р.

Год выпуска: 1997

Автор: Геннис Р.

Жанр: Биофизика

Формат: DjVu

Качество: OCR

Описание: В книге известного американского специалиста на основе новейших данных изложены современные представления о структуре мембран и их отдельных компонентов, описаны подходы к анализу механизмов работы мембранных систем клетки. Книга может быть использована как руководство по мембранологии.
Для специалистов — биохимиков, биофизиков, физиологов, фармакологов и студентов старших курсов биологических факультетов.

Книга «Биомембраны: молекулярная структура и функции» принадлежит к хорошо зарекомендовавшей себя серии «Springer Advanced Text in Chemistry». Ее автор — один из известнейших мембранологов США, широко применяющий генетические и энзимологические подходы к изучению мембранных ферментов бактерий. Однако содержание монографии далеко выходит за рамки конкретных интересов Р. Тенниса как экспериментатора, претендуя на исчерпывающий охват темы, указанной в заглавии. В книге изложены новейшие сведения о структуре биологических мембран и приведены примеры, когда структурные данные позволяют приблизиться к пониманию механизмов работы мембранных систем живой клетки.
Книга «Биомембраны: молекулярная структура и функции» рассчитана на широкий круг читателей самых разных специальностей и уровней подготовки — биохимиков, биофизиков, физиологов, фармакологов и медицинских химиков. Она может использоваться как учебное пособие аспирантами и студентами.

Исследования мембран стали «точкой приложения» самых разных научных дисциплин — от биофизики до молекулярной биологии. В царство мембран можно попасть, будучи физиком, генным инженером или специалистом в любой междисциплинарной области науки. Поэтому написать книгу, которая удовлетворила бы интересы столь широкой аудитории, — это большая ответственность. Однако каждый, кто хочет находиться в курсе современного состояния исследований в области биологических мембран, должен обладать определенным объемом знаний и быть знакомым с некими фундаментальными принципами. Именно на этих основополагающих моментах и сконцентрировал я свои усилия при написании книги. Мой взгляд — это взгляд биохимика, и в отобранном мною материале центральное место занимают вопросы молекулярной структуры мембран и взаимосвязи между структурой и функцией. Эта книга будет полезна как студентам старших курсов, так и тем, кто хочет самостоятельно изучить вопросы, связанные со структурой и функцией мембран. В ней содержится основополагающая информация и по таким специальным разделам, как транспорт, рецепторы, передача сигналов или биогенез мембран. Список литературы охватывает работы до конца 1987 г.

Я стремился написать книгу, которая вызвала бы интерес и у новичка, только приступающего к изучению мембранологии, и у активно работающего в ней исследователя. Следуя этой цели, я попытался упорядочить весь необозримый материал, с тем чтобы проиллюстрировать взаимосвязь исследований, проведенных в различных областях мембранологии, и выявить их общую концептуальную основу. Я составил весьма обширный список литературы, чтобы читатель мог при необходимости обратиться к первоисточникам и глубже изучить интересующий его вопрос. Возможно, некоторым читателям покажется, что материал и так излишне детализирован, но я считаю, что таким и должно быть издание повышенного уровня. Всегда есть возможность лишь бегло просмотреть те разделы, которые вас в данный момент не очень интересуют.

Содержание книги

«Биомембраны: молекулярная структура и функции»

Структура и состав биологических мембран

• Роль мембран и их разнообразие
• Исторический очерк
• Морфология мембран
  • Дифракция рентгеновских лучей
  • Электронная микроскопия
• Выделение мембран
  • Разрушение клеток
  • Разделение мембран
  • Критерии чистоты мембранных фракций
• Состав мембран
  • Мембранные липиды
  • Многообразные функции мембранных липидов
  • Мембранные белки

Структура и свойства мембранных липидов

• Жидкие кристаллы
• Водно-липидные смеси
  • Гидратация липидов
  • Фазовые диаграммы однокомпонентных водно-липидных систем
  • Два метода изучения липидного полиморфизма
  • Ориентация полярных головок липидов в бислое
  • Конфигурация и упаковка ацильных цепей в бислое
  • Методы исследования гидрофобной области бислоя
• Термодинамика полиморфизма липидных структур
  • Гидрофобные силы
  • Образование мицелл
  • Форма мицелл: почему образуется бислой?
  • Форма липидных молекул
• Фазовые переходы в липидных системах
  • Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК)
  • Липидные смеси
• Модельные мембранные системы
  • Монослои на границе раздела фаз воздух — вода
  • Монослои на твердой подложке
  • Плоские бислойвые мембраны
  • Плоские бислойвые мембраны на твердой подложке
  • Липосомы

Мембранные белки: характеристика и структурные принципы

• Структура мембранных белков
• Очистка мемебранных белков
  • Детергенты
• Характеристика очищенных интегральных мембранных белков
  • Молекулярная масса субъединиц (электрофорез в ПААГ)
  • Определение молекулярной массы нативного белка с помощью гидродинамических методов
  • Метод радиационной инактивации
  • Спектральные методы и вторичная структура
  • Ферментативная активность
  • Четвертичная структура и химическое сшивание
• Изучение трехмерной структуры с помощью рентгеновской дифракции и реконструкции изображения
  • Кристаллизация мембранных белков
  • Реконструкция изображения и двумерные кристаллы
• Три примера структурных исследований мембранных белков
  • Структура фотосинтетических и реакционных центров R. viridis и R. sphaeroides
  • Структура бактериородопсин
  • Структура поринов
• Принципы структурной организации мембранных белков и способы ее предсказания для трансмембранных белков
  • Мембранные белки — это амфифильные соединения
  • Ионизируемые аминокислотные остатки в трансмембранных сегментах
  • Заряженные аминокислоты в сегментах, экспонированных в водную среду
  • Особая роль пролина?
  • Способы идентификации первичных амфифильных структур
  • Способы идентификации вторичных амфифильных структур
• Пептиды — модели мембранных белков
  • Природные пептиды
  • Модельные синтетические пептиды 
• Мембранные белки, ковалентно связанные с липидами 
• Мембранные белки, ковалентно связанные с углеводами

Ассиметрия мембран

• Топография мембранных белков
  • Методология
  • Примеры анализа топографии мембранных белков
• Цитоскелет
  • Микрофиламенты
  • Промежуточные филаменты
  • Микротрубочки
  • Мембрана и цитоскелет эритроцитов
• Трансмембранная асимметрия липидов
  • Методы установления трансмембранного распределения липидов
  • Примеры липидной асимметрии
  • Трансмембранная миграция липидов
• Латеральная гетерогенность мембран
  • Макроскопические домены и барьеры в плазматической мембране
  • Тилакоидные мембраны
  • Вирусы с оболочкой
  • Липидные микродомены

Динамическое поведение мембранных систем и липидно-белковые взаимодействия

• Введение
  • Некоторые простые модели движения мембранных компонентов
• Текучесть мембран и применение мембранных зондов
  • Физиологическое значение текучести мембран
  • Характер и скорости движений, измеряемых с помощью ²Н-ЯМР, ЭПР и флуоресцентных зондов
  • Спиновые метки, использующиеся для измерения текучести мембран
  • Флуоресцентные зонды, использующиеся для измерения текучести мембран
• Вращение мембранных белков
  • Примеры вращения белков
• Латеральная диффузия липидов и белков в мембранах
  • Модели, описывающие латеральную диффузию
  • Примеры латеральной диффузии компонентов мембран
• Липидно-белковые взаимодействия
  • Связывание липидов с виутримембранными белками в бислое
  • Изменения в липидном бислое, связанные с присутствием интегральных мембранных белков
  • Динамические свойства остова мембранных белков и их боковых цепей
  • Связывание периферических мембранных белков с липидным бислоем

Мембранная энзимология

• Некоторые специфические положения, имеющие отношение к активности мембранных ферментов
• Реконструкция мембранных ферментов
  • Некоторые характеристики реконструированных белково-фосфолипидных везикул (протеолипосом)
• Влияние липидов на активности мембраносвязанных ферментов
• Некоторые примеры липидзависимых ферментов
  • β-Гидроксибутиратдегидрогеиаза (БДГ)
  • Пируватоксидаза
  • Са⁺-АТРаза
  • Na⁺/К⁺-АТРаза
  • Переносчик глюкозы
• Мембраносвязанные электроитранспортные цепи
  • Системы синтеза стероидов в митохондриях
  • Микросомные электроитранспортные цепи
  • Дыхательная система митохондрий
  • Фотосинтетическая электронтранспортная система тилакоидов
• Взаимодействия между мембранами и растворимыми ферментами
  • Растворимые ферменты, которые при необходимости могут связываться с мембраной
  • Растворимые ферменты или ферментные ансамбли, которые in vivo могут быть ассоциированы с мембраной
  • Факторы свертывания крови — внеклеточные ферменты, активируемые связыванием с мембраной
  • Фосфолипазы — растворимые ферменты, катализирующие расщепление мембраносвязанных субстратов

Взаимодействие низкомолекулярных соединений с мембранами: пространственное разделение, проницаемость и электрические эффекты

• Анализ адсорбции лигандов на бислое
• Классы лигандов, способных взаимодействовать с липидным бислоем
• Проницаемость липидных бислойных мембран для неэлектролитов
  • Проницаемость для воды
• Электрические свойства мембран
  • Работа, совершаемая при переносе иона внутрь бислойной мембраны
  • Потенциал внутренних диполей
  • Поверхностный потенциал мембраны
• Трансмембранный потенциал
  • Измерение трансмембранного потенциала
  • Концепция энергизованной мембраны
• Проницаемость липидных бислойных мембран для ионов
  • Проницаемость для протонов
  • Ионофоры

Поры, каналы и параносчики

• Общие положения
  • Каналы и переносчики: разнообразие функций
  • Каналы и переносчики как ферменты: применение теории скоростей
  • Анализ стационарного состояния
  • Регистрация тока, протекающего через одиночный канал: встраивание в плоские мембраны и метод пэтч-кламп
  • Небольшие молекулы, используемые в качестве моделей каналов и пор
• Несколько примеров пор и каналов
  • Щелевые контакты
  • Ядерные поровые комплексы
  • Порины
  • Никотиновый ацетилхолиновый рецептор (nAChR-канал)
  • Потенциалзависимый натриевый канал
  • Кальциевый канал
• Некоторые унипортеры, симпортеры и антипортеры
  • Переносчик глюкозы из мембраны эритроцита
  • Лактозопермеаза из Е. coli
  • Белок полосы 3 — анионный переносчик из мембраны эритроцитов
  • Группа митохондриальных переносчиков
• Несколько примеров активных переносчиков, использующих энергию гидролиза АТР или фосфоенолпирувата
  • Переносчики катионов плазматической мембраны (Е₁Е₂-типа): ATP-зависимые ионные насосы
  • АТРазы F₁F₀-типа из митохондрий, хлоропластов и бактерий
  • Три других класса переносчиков
• Активные транспортные системы, сопряженные с процессом переноса электронов или поглощением света
  • Цитохром c-оксидаза: протонный редокс-насос
  • Бактериородопсин: Н⁺-насос, использующий энергию света
• Мембранные поры, создаваемые экзогенными агентами
  • Токсины и цитолитические белки
  • Пермеабилизация при помощи детергентов
  • Пермеабилизация при помощи осмотического шока
  • Пермеабилизация под действием электрического поля
  • Пермеабилизация за счет образования дефектов упаковки мембранных компонентов

Клеточная поверхность: рецепторы, рециклирование мембран и передача сигналов

• Поверхность животной клетки
• Рецепторы, определяющие клеточную адгезию
  • Связывание бактерий с гликолипидами
  • «Хоминг» лимфоцитов; стволовым кроветворным клеткам тоже нужны гликопроизводные
  • Молекулы, участвующие в клеточной адгезии
  • Рецепторы, участвующие в межклеточных взаимодействиях при иммунном ответе
  • Интегрины — семейство рецепторов, которые связываются с компонентами внеклеточного матрикса и белками адгезии
  • Другие способы связывания с матриксом и белками адгезии
• Повторное использование (рециклирование) мембран и эндоцитоз с участием рецепторов
  • Общие свойства эндоцитозного пути
  • Сортировка компонентов комплекса рецептор — лиганд
  • Клатрин
  • Некоторые примеры интернализуемых рецепторов
• Слияние мембран
  • Работы с липидными везикулами
  • Изучение белков, входящих в состав шиповидных структур оболочки вирусов
• Рецепторные системы бактерий обладают некоторыми свойствами, присущими и высшим организмам
  • Рецепторы, ответственные за хемотаксис Е. colt
  • Рецепторы, участвующие в активации транскрипции
• Передача сигналов в животных клетках
  • Первичный ответ и семейства рецепторов
  • G-белки
  • Обновление фосфатидилинозитола и вторые посредники
  • Фосфорилирование рецепторов и десенсибилизация
  • Некоторые рецепторы, принимающие участие в передаче сигналов в животных клетках
• Онкогены и передача сигнала

Биогенез мембран

• Общие особенности экзоцитозного пути
• Характерные особенности биосинтеза мембранных белков
  • Нужны ли для переноса белков каналы?
  • Полипептидные сигналы, отвечающие за сортировку белков и встраивание их в мембраны
  • Сигнальные пептидазы
  • Растворимые и мембраносвязанные белки, необходимые для переноса
  • Сборка мультисубъединичных комплексов и обновление мембранных белков
• Биосинтез и распределение мембранных липидов
  • Где синтезируются мембранные липиды?
  • Транспорт липидов от места их синтеза
  • Обновление фосфолипидов
• Изменения липидного состава мембран в ответ на изменения условий окружающей среды

Приложение
Литература

скачать (читать) книгу: «Биомембраны»