Содержание

3. Обмен органических соединений (белков, жиров и углеводов)

Рис. \(1\). Функции органических веществ

Белковый обмен

Белковый обмен — использование и преобразование аминокислот белков в организме человека.

В результате окисления \(1\) г белка происходит выделение \(17,2\) кДж (\(4,1\) ккал) энергии. Но в качестве источника энергии белки обычно не используются, так как они выполняют другие функции: строительную, защитную, каталитическую и т. д.

 

В процессе пищеварения белки пищи расщепляются под действием пищеварительных ферментов до аминокислот. Аминокислоты всасываются ворсинками тонкого кишечника и попадают в кровь, которая доставляет их к клеткам. В клетках из аминокислот синтезируются новые белки, свойственные организму человека.

 

Рис. \(2\). Обмен белков

 

В белковом обмене важную роль играет печень. Она управляет содержанием отдельных аминокислот в крови, осуществляет синтез белков плазмы крови.

 Одним из продуктов распада аминокислот является ядовитый аммиак. Клетки печени преобразуют аммиак в менее опасную мочевину, которая удаляется из организма с мочой и частично с потом.

 

Рис. \(3\). Расщепление белков

 

Из неиспользованных аминокислот образуется глюкоза, выполняющая в организме энергетическую функцию.

Углеводный обмен

Углеводный обмен — это химические реакции, протекающие с участием углеводов.

Основная функция углеводов в организме — энергетическая. \(1\) г углеводов при окислении даёт \(17,2\) кДж (\(4,1\) ккал) энергии.

 

С пищей в наш организм поступают разные углеводы. Чаще всего это крахмал (из растительных продуктов), гликоген (из животных продуктов), сахароза, лактоза и др. Эти соединения распадаются в органах пищеварения до глюкозы, которая всасывается стенками тонкого кишечника и попадает в кровь.

 

Рис. \(4\). Обмен углеводов

 

Глюкоза — это главное энергетическое вещество организма. Она необходима для работы всех органов. 

 

Основная часть глюкозы окисляется в клетках до углекислого газа и воды, которые удаляются с выдыхаемым воздухом или с мочой. Неиспользованная глюкоза превращается в гликоген (животный крахмал) и накапливается в клетках печени и в мышцах.

 

В крови содержание глюкозы поддерживается на уровне \(0,10\)–\(0,15\) %. В регуляции уровня глюкозы участвуют гормоны поджелудочной железы инсулин и глюкагон. Инсулин ускоряет превращение глюкозы в гликоген, а также затормаживает его распад. Глюкагон обладает противоположным действием. Он, наоборот, способствует расщеплению гликогена и повышению уровня глюкозы в крови.

 

Если поджелудочная железа вырабатывает недостаточное количество инсулина, то содержание глюкозы в крови увеличивается, и это может привести к тяжёлой болезни — сахарному диабету. 

 

Рис. \(5\). Расщепление углеводов

 

Если с пищей в организм поступает слишком много углеводов, они преобразуются в жиры и накапливаются в разных органах.

Обмен жиров

Обмен жиров — это химические реакции превращения жиров (липидов) в организме.

Окисление жиров в два раза эффективнее окисления углеводов или белков. \(1\) г жира даёт \(38,9\) кДж (\(9,3\) ккал) энергии.

 

Жиры — это вещества, образованные жирными кислотами и глицерином. В органах пищеварения жиры расщепляются на составные части под влиянием ферментов поджелудочной железы и тонкого кишечника. Образовавшиеся продукты поступают в лимфатические сосуды ворсинок тонкого кишечника, а затем вместе с лимфой попадают в кровеносную систему и доставляются к клеткам. 

 

Рис. \(6\). Обмен жиров

 

При окислении жиры превращаются в углекислый газ и воду, и продукты обмена удаляются из организма.

 

Рис. \(7\). Расщепление жиров

 

Содержание жиров в организме регулируется гормонами желёз внутренней секреции.

 

Значение жиров

  • Окисление жиров обеспечивает энергией работу внутренних органов.
  • Липиды образуют все клеточные мембраны, выполняют функции медиаторов и гормонов.
  • Откладываются в запас в подкожной жировой клетчатке и сальнике, защищают органы от механических повреждений.
  • Жиры плохо проводят тепло и защищают организм от перегревания и переохлаждения, способствуя поддержанию постоянной температуры тела.

 

Ежедневно рекомендуется употреблять \(80\)–\(100\) г разных жиров. Лишний жир запасается под кожей, но может откладываться также в печени и в кровеносных сосудах.

 

 

Рис. \(8\). Ожирение

  

Органические вещества могут взаимно превращаться. Из белков образуются жиры и углеводы. Углеводы превращаются в жиры, и наоборот, источником углеводов могут стать жиры. Но заменить белки другими веществами невозможно.

 

Рис. \(9\). Взаимопревращение веществ

 

Установлено, что взрослому человеку в сутки необходимо получить с пищей не менее \(1500\)–\(1700\) ккал. Причём на обеспечение процессов жизнедеятельности тратится \(15\)–\(35\) % полученной энергии, а остальная энергия тратится на поддержание постоянной температуры тела.

Найдены неожиданные функции белка, ответственного за программируемую гибель клеток

Семейство белков-каспаз участвует как в запуске, так и в усилении процесса апоптоза в ответ на различные повреждения клетки. Белок каспаза-2 – его самый эволюционно консервативный представитель, возникший довольно давно и мало изменившийся с тех пор. Но в последние годы стали появляться данные о том, что каспаза-2 участвует во множестве других процессов, не связанных напрямую с апоптозом. Так, этот белок может подавлять развитие раковых опухолей или регулировать обмен веществ в клетке.

«Для анализа потенциально возможной связи каспазы-2 с другими белками мы использовали хорошо известную дрожжевую двугибридную систему. С помощью этого метода мы получили достаточно большой список белков, которые могут связываться с каспазой-2. Аспирант лаборатории Алексей Замараев проверил этот список путем биоинформатического анализа и ранжировал их по вероятности взаимодействия. Благодаря такому анализу после детального биохимического исследования мы некоторое время назад нашли новый взаимодействующий с каспазой-2 регуляторный фактор», – рассказал о работе руководитель научной группы и ведущий автор статьи Борис Животовский, доктор биологических наук и руководитель лаборатории исследования механизмов апоптоза факультета фундаментальной медицины МГУ имени М.В. Ломоносова.

Этот регуляторный фактор, найденный во время одного из предыдущих исследований, называется RFXANK. Он участвует в управлении работой гена, контролирующего молекулы главного комплекса гистосовместимости, которые помогают специальным клеткам иммунной системы различать «своих» и «чужаков», защищая организм от инфекций.

Продолжив поиски, ученые обнаружили еще один белок, с которым взаимодействует каспаза-2. Обозначают его английской аббревиатурой FAN, а его полное название – активатор нейтральной сфингомиелиназы. Он управляет производством церамидов – важных компонентов многих липидов (в просторечии часто называемых жирами, хотя жиры – более узкая категория, нежели липиды). Кроме того, FAN контролирует миграцию клеток и производство интерлейкина-6 – молекулы, которая регулирует воспалительные процессы. Другая важная функция FAN – руководить образованием везикул, маленьких внутриклеточных пузырьков, состоящих из того же белково-липидного двухслойного «материала», что и клеточная мембрана. В таких пузырьках различные молекулы могут перемещаться по клетке, «перевариваться» с помощью специальных белков или выбрасываться наружу.

Определить, на какие из этого множества ролей белка FAN влияет каспаза-2, помог современный биологический метод – липидомика. В отличие от своих более популярных «сестер»: протеомики, которая занимается взаимодействиями белков (протеинов), и геномики, изучающей гены и геномы, — липидомика помогает построить сети реакций, в которые вовлечены липиды. Именно эти реакции были важны для понимания работы FAN, функции которого так тесно с ними связаны.

«Совместная работа исследователей МГУ и Каролинского института (Швеция) позволила, используя липидомику, исключить участие каспазы-2 в образовании церамидов, но установить, что взаимодействие каспазы-2 с FAN отвечает за регулирование выхода из клетки интерлейкина-6, размер везикул и скорость миграции клеток, – суммирует выводы исследования Борис Животовский. – Последнее принципиально важно для понимания процесса метастазирования опухоли».

На первый взгляд кажется непонятным, какое отношение FAN может иметь к образованию метастаз – вторичных очагов роста опухоли. Но миграция клеток, которую упоминает ученый, такой же двоякий процесс, как и усиленное их деление, пролиферация. С одной стороны, оба они важны для роста тканей и заживления ран. Но ускоренные без надобности пролиферация и миграция могут сослужить организму и плохую службу, помогая раковой опухоли расти и добираться в новые и новые части организма. В ходе исследования ученые экспериментально доказали, что каспаза-2 через взаимодействие с FAN не ускоряет деление клеток, но помогает им двигаться быстрее.

Теоретически, если научиться правильно выключать взаимодействие каспазы-2 и FAN, то можно замедлить процесс образования метастаз, а его включение помогло бы улучшить заживление ран.

Перед применением этого подхода на практике нужно удостовериться, что другие многочисленные функции обоих белков не слишком пострадают от подобного лечения. Как мы помним, открытое в ходе этой же работы взаимодействие каспазы-2 с FAN влияет и на формирование везикул. Подавив действие каспазы-2, ученые убедились, что без этого белка внутриклеточные пузырьки сильно увеличивались в размере. Такая особенность везикул уже была ранее известна как проявление синдрома Чедиака-Хигаши, при котором у человека возникает светобоязнь, нервный тик и нарушения работы иммунной системы. Поэтому только дальнейшие исследования покажут, можно ли бороться с метастазами через подавление связывания каспазы-2 с FAN без вреда для других функций обоих белков.

Найдены неожиданные функции белка, ответственного за программируемую гибель клеток — Газета.

Ru

Продолжая исследовать необычные роли белка каспаза-2, одного из важнейших участников апоптоза (программируемой клеточной гибели), биологи обнаружили еще один белок, с которым он может взаимодействовать. Статья об открытии, которое помогает лучше понять, как появляются метастазы, опубликована в журнале Biochemical and Biophysical Research Communications. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).

Семейство белков-каспаз участвует как в запуске, так и в усилении процесса апоптоза в ответ на различные повреждения клетки. Белок каспаза-2 – его самый эволюционно консервативный представитель, возникший довольно давно и мало изменившийся с тех пор. Но в последние годы стали появляться данные о том, что каспаза-2 участвует во множестве других процессов, не связанных напрямую с апоптозом. Так, этот белок может подавлять развитие раковых опухолей или регулировать обмен веществ в клетке.

«Для анализа потенциально возможной связи каспазы-2 с другими белками мы использовали хорошо известную дрожжевую двугибридную систему. С помощью этого метода мы получили достаточно большой список белков, которые могут связываться с каспазой-2. Аспирант лаборатории Алексей Замараев проверил этот список путем биоинформатического анализа и ранжировал их по вероятности взаимодействия. Благодаря такому анализу после детального биохимического исследования мы некоторое время назад нашли новый взаимодействующий с каспазой-2 регуляторный фактор», – рассказал о работе руководитель научной группы и ведущий автор статьи Борис Животовский, доктор биологических наук и руководитель лаборатории исследования механизмов апоптоза факультета фундаментальной медицины МГУ имени М.В. Ломоносова.

Этот регуляторный фактор, найденный во время одного из предыдущих исследований, называется RFXANK. Он участвует в управлении работой гена, контролирующего молекулы главного комплекса гистосовместимости, которые помогают специальным клеткам иммунной системы различать «своих» и «чужаков», защищая организм от инфекций.

Продолжив поиски, ученые обнаружили еще один белок, с которым взаимодействует каспаза-2. Обозначают его английской аббревиатурой FAN, а его полное название – активатор нейтральной сфингомиелиназы. Он управляет производством церамидов – важных компонентов многих липидов (в просторечии часто называемых жирами, хотя жиры – более узкая категория, нежели липиды). Кроме того, FAN контролирует миграцию клеток и производство интерлейкина-6 – молекулы, которая регулирует воспалительные процессы. Другая важная функция FAN – руководить образованием везикул, маленьких внутриклеточных пузырьков, состоящих из того же белково-липидного двухслойного «материала», что и клеточная мембрана. В таких пузырьках различные молекулы могут перемещаться по клетке, «перевариваться» с помощью специальных белков или выбрасываться наружу.

Определить, на какие из этого множества ролей белка FAN влияет каспаза-2, помог современный биологический метод – липидомика. В отличие от своих более популярных «сестер»: протеомики, которая занимается взаимодействиями белков (протеинов), и геномики, изучающей гены и геномы, — липидомика помогает построить сети реакций, в которые вовлечены липиды. Именно эти реакции были важны для понимания работы FAN, функции которого так тесно с ними связаны.

«Совместная работа исследователей МГУ и Каролинского института (Швеция) позволила, используя липидомику, исключить участие каспазы-2 в образовании церамидов, но установить, что взаимодействие каспазы-2 с FAN отвечает за регулирование выхода из клетки интерлейкина-6, размер везикул и скорость миграции клеток, – суммирует выводы исследования Борис Животовский. – Последнее принципиально важно для понимания процесса метастазирования опухоли».

На первый взгляд кажется непонятным, какое отношение FAN может иметь к образованию метастаз – вторичных очагов роста опухоли. Но миграция клеток, которую упоминает ученый, такой же двоякий процесс, как и усиленное их деление, пролиферация. С одной стороны, оба они важны для роста тканей и заживления ран. Но ускоренные без надобности пролиферация и миграция могут сослужить организму и плохую службу, помогая раковой опухоли расти и добираться в новые и новые части организма. В ходе исследования ученые экспериментально доказали, что каспаза-2 через взаимодействие с FAN не ускоряет деление клеток, но помогает им двигаться быстрее. Теоретически, если научиться правильно выключать взаимодействие каспазы-2 и FAN, то можно замедлить процесс образования метастаз, а его включение помогло бы улучшить заживление ран.

Перед применением этого подхода на практике нужно удостовериться, что другие многочисленные функции обоих белков не слишком пострадают от подобного лечения. Как мы помним, открытое в ходе этой же работы взаимодействие каспазы-2 с FAN влияет и на формирование везикул. Подавив действие каспазы-2, ученые убедились, что без этого белка внутриклеточные пузырьки сильно увеличивались в размере. Такая особенность везикул уже была ранее известна как проявление синдрома Чедиака-Хигаши, при котором у человека возникает светобоязнь, нервный тик и нарушения работы иммунной системы. Поэтому только дальнейшие исследования покажут, можно ли бороться с метастазами через подавление связывания каспазы-2 с FAN без вреда для других функций обоих белков.

Биологические функции липидов — Справочник химика 21

    Липидами называют природные неполярные соединения, имеющие различную структуру и объединяемые одним общим признаком — они частично или полностью не растворимы в воде. Биологические функции липидов также разнообразны, а именно  [c.95]

    Биологические функции липидов [c.284]

    Цель занятия изучить биологические функции липидов, переваривание, транспорт, окисление жирных кислот. [c.206]

    СТРОЕНИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ [c.250]


    Эти флавины выполняют многообразные биологические функции катализируют электронный перенос в редокс-реакциях аминов, спиртов и кислот активируют молекулярный кислород и восстанавливают его в супероксид переносят атомный кислород на субстрат и включают его в молекулу воды. Они участвуют и в других реакциях метаболизма углеводов, липидов и белков.[c.171]

    Опишите строение биологических мембран и специфические функции липид-, белок- и углевод-содержащих компонентов. В чем состоят различия между внутренней и наружной поверхностями мембраны  [c.398]

    Биологические функции простых липидов  [c.97]

    Спектроскопические методы, в частности ЭПР, ЯМР и флуоресцентный все чаще применяются для изучения липид-белковых взаимодействии в мембранах. Внутренние мембранные белки могут быть экстрагированы из мембраны с помощью органических растворителей или (лучше) детергентов и очищены. Неоднократно было успешно продемонстрировано, что для восстановления биологической функции белка его необходимо ввести в мембрану определенного липидного состава. [c.124]

    Липиды играют важнейшую роль в процессах жизнедеятельности. Будучи одним из основных компонентов биологических мембран, липиды влияют на их проницаемость, участвуют в передаче нервного импульса, создании межклеточных контактов. Жир служит в организме весьма эффективным источником энергии либо при непосредственном использовании, либо потенциально—в форме запасов жировой ткани. В натуральных пищевых жирах содержатся жирорастворимые витамины и незаменимые жирные кислоты. Важная функция липидов—создание термоизоляционных покровов у животных и растений, защита органов и тканей от механических воздействий. [c.188]

    Наряду с протеинами существуют и другие макромолекулы, которые выполняют важные биологические функции. Большинство методов ЯМР, используемых для исследования протеинов, могут быть при этом непосредственно перенесены на другие макромолекулы. В этом разделе рассмотрим характерные особенности применения метода ЯМР для исследования нуклеиновых кислот, полисахаридов и липидов. [c.146]

    Существует несколько классов липидов, каждый из которых выполняет специфические биологические функции (табл. 12-1). Мы начнем рассмотрение с жирных кислот-характерных структурных компонентов большинства липидов. Жирные кислоты-это длинноцепочечные органические кислоты, содержащие от 4 до 24 углеродных атомов они содержат одну карбоксильную группу и длинный неполярный углеводородный [c.325]


    Углеводы — большая группа органических веществ, широко распространенных в живой природе. Представителями углеводов являются виноградный сахар (глюкоза), свекловичный, или тростниковый, сахар (сахароза), крахмал, целлюлоза. В результате процесса фотосинтеза (с. 217) растениями на нашей планете ежегодно создается огромное количество углеводов, которое оценивается содержанием углерода 4 -10 ° т. Поэтому можно считать, что углеводы являются наиболее распространенными органическими соединениями. Около 80% сухого вещества растений приходится на углеводы, из которых состоят опорные ткани растений в зерне, картофеле, овощах, плодах углеводы служат резервными питательными веществами. Невозможно переоценить значение углеводов как одного из основных средств питания человека и сельскохозяйственных животных. Углеводы являются обязательной составной частью животных организмов в микроорганизмах они составляют 20—30%. Наряду с белками, нуклеиновыми кислотами и липидами углеводы являются необходимой составной частью живой клетки и выполняют важные биологические функции. Вещества, регулирующие процессы жизнедеятельности, — некоторые протеиды, нуклеиновые кислоты (с. 604) и др. — содержат остатки молекул углеводов. [c.207]

    В биохимии используется классификация органических веществ, в основу которой положены выполняемые ими биологические функции в организме. Выделяют четыре основных класса органических веществ углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты. [c.23]

    Какие основные биологические функции выполняют липиды в организме  [c.211]

    Липидами называют жиры и жироподобные вещества (липоиды) животного и растительного происхождения (от греч. Проз —> жир). Несмотря на разнообразие их химического состава, они обладают общими физико-химическими свойствами и биологическими функциями. Общим свойством всех липидов является их гидрофобность, т. е. они не растворяются в воде, но растворяются в органических растворителях (эфире, хлороформе, бензоле, бензине, спирте, ацетоне и др.). Характерная особенность липидов и их растворителей обусловливается наличием в их составе большого числа гидрофобных радикалов и группировок —СН2—, —СН- и СНз-групп. Липиды классифицируются по-разному. Их можно разделить на две основные группы жиры (нейтральные жиры) и липоиды — жироподобные соединения. [c.101]

    Энергетическая функция липидов (жиров) заключается в том, что они являются важными поставщиками энергии для совершения живыми организмами как внутренней, так и внешней работы. В результате биологического окисления 1 г жира выделяется 39 кДж энергии (это примерно вдвое больше, чем при окислении белков или углеводов). [c.250]

    Назовите особенности строения и биологических функций основных представителей следующих групп омыляемых сложных липидов а) фосфолипиды б) сфинголипиды в) гликолипиды.[c.263]

    Несмотря на то что каждому типу мембран присущи определенные липидные и белковые компоненты, основные структурные и функциональные особенности, обсуждаемые в этой главе, характерны как для внутриклеточных, так и для плазматических мембран. Прежде всего нам хотелось бы рассмотреть структуру и организацию главных компонентов всех биологических мембран — липидов, белков и углеводов. Затем мы обсудим механизмы, используемые клетками для транспорта малых молекул через плазматическую мембрану, а также способы поглощения и выделения клетками макромолекул и крупных частиц. В последующих главах будут проанализированы некоторые дополнительные функции плазматической мембраны роль в клеточной адгезии (гл. 14) и в сигнальных функциях (гл. 12). [c.349]

    Биологические функции липидов крайне разнообразны. Они являются главными компонентами биомембран запасным, изолирующим и защищающим органы и ткани материалом наиболее калорийной частью пищи важным и обязательным компонентом диеты человека и животных регуляторами транспорта воды и солей иммуномодуляторами регуляторами активности некоторых ферментов эндогормонами передатчиками биологических сигналов. Этот список увеличивается по мере изучения липидов. Поэтому для понимания сути многих биологических процессов нужно иметь представление о липидах на таком же уровне, как о белках, нуклеиновых кислотах и углеводах. Рассмотрим подробнее главные функции, выполняемые липидами в живых организмах энергетическую, структурную и заи итную. [c.250]

    Благодаря участию в деятельности мембранного аппарата клетки реализуются такие важнейшие биологические функции липидов, как регуляция деятельности ряда гормонов и активности ферментов (сейчас известно несколько сотен липидзависимых ферментов), влияние на процессы транспорта метаболитов и макромолекул, контроль реакций биологического окисления и энергетического обмена, связь с репликацией ДНК и ее матричной активностью, компартментализация обменных процессов в клетке вплоть до формирования мембранных машин (хлоропластов, митохондрий), участие в межклеточных взаимодействиях (особенно в эмбрио- и онтогенезе), обеспечение молекулярной памяти и пиктографического механизма записи информации. Перечисленные функции липидов характеризуют как неканонические. За выяснение некоторых из них большой группе советских ученых (Е. М. Крепе, Л. Д. Бергельсон, Р. П. Евстигнеева и др.) в 1985 г. присуждена Государственная премия. [c.372]


    Авторами доклада с сотрудниками ведутся многолетние фундаментальные исследования в области выделения, химического и биотехнологического синтеза, установления взаимоотношений структура-свойство-функция и перспектив практического использования природных биологически активных липидов и их синтетических аналогов, а также соединений некоторых других типов с целью создания новых эффективных лекарственных и диагностических препаратов ( руководитель работ — чл.-корр. РАМН, проф. Швец В.И.). [c.10]

    Применение калориметрии и денсиметрии в биологических исследованиях позволило значительно продвинуться вперед в изучении взаимодействий как между низкомолекулярными веществами (ионы биометаллов, аминокислоты, пептиды, основания нуклеотидов и некоторые другие биомолекулы), так и между биополимерами (белки, липиды, полисахариды) в водных растворах [5, 6, 15-18]. Является чрезвычайно важным, что в этих исследованиях значительное место отведено рассмотрению взаимодействий растворенное вещество-растворитель и установлению роли сольватации в проявлении биологических функций молекул перечисленных выше соединений. [c.5]

    Клеточная мембрана и сеть эндоплазматических мембран являются существенным элементом каждой живой клетки. Они не только отграничивают друг от друга клетки и их структурные элементы, но и обеспечивают активный транспорт низкомолекулярных веществ. Основной биологической функцией эндоплазматической сети и связанного с ней образования — так называемого аппарата Гольджи является, по-видимому, синтез основных биополимеров клетки и их транспортировка в нужные участки клетки . В участках так называемой шероховатой сети с эндоплазматическими мембранами связаны рибонуклеопротеидные частицы — рибосомы, в которых происходит синтез белка. В гладких участках эндоплазматической сети происходит биосинтез полисахаридов и липидов.[c.600]

    Фазовый переход из кристаллического в жидкокристаллическое состояние является эндотермическим процессом количество тепла, необходимое для плавления цепей жирных кнслот, можно определить в калориметре (рис. 3.5). Если липпдный бислой состоит только из одного липида, то фазовый переход пропсходит в узком интервале температур. Так как биологические мембраны обычно состоят из большого количества разных липидов, они не имеют четко выраженного фазового перехода и при физиологических температурах являются жидкокристаллическими. Однако очевидно, что текучесть биологических мембран может быть весьма различной как в разных органах, так даже и в разных частях мембраны одной клетки. На это указывает различный липидный состав разных мембран или их доменов. Хотя еще не установлена общая зависимость между текучестью мембран и их биологической функцией, некоторые факторы, влияющие на текучесть, были выявлены в экспериментах на искусственных липидных мембранах. Накапливаются данные, свидетельствующие о том, что те же факторы действуют и в биомембранах. Температура фазового перехода зависит от природы боковых цепей жирных кислот. [c.71]

    Научные работы относятся к химии природных соединений. Выделила, установила строение н синтезировала многие природные физиологически активные соединения, изучила зависимость между их структурой и биологической функцией. Синтезировала ряд алкалоидов изохннолинового и ин-дольного рядов. Рассчитала электронную структуру природных порфиринов и установила ее корреляцию с физико-химическими свойствами этих соединений. Синтезировала природные порфирины и их металлические комплексы. Осуществила синтез гемпептидных и ретинилиденпептидных фрагментов природных хромопротеидов. Создала методы синтеза основных классов липидов и их структурных компонентов, входящих в состав головного и спинного мозга и клеточных мембран. Разработала технологию получения витаминов Е и К1 и предшественников простагландинов. [c.183]

    Многие белки, например ферменты рибонуклеаза и химотрипсин, состоят из одних только аминокислот и никаких других химических групп не содержат их назьшают простыми белками. Однако есть белки, которые при гидролизе помимо аминокислот дают и другие химические компоненты. Эти белки носят название сложных белков. Неаминокислотную часть сложного белка обычно называют его простетической группой. Сложные белки классифицируются в зависимости от химической природы их простетиче-ских групп (табл. 6-3). Липопротеины содержат липиды, в состав гликопротеинов входят сахара (от греч. glykos , что значит сладкий), а металлопротеины имеют в своем составе тот или иной характерный для каждого из них металл, например железо, медь или цинк. Обычно простетическая группа белка играет важную роль при выполнении белком его биологической функции. [c.142]

    МИН токоферол происходит от греческого слова tokos , что в переводе означает рождение ребенка . Однако не известно, влияет ли витамин Е на способность к оплодотворению у людей. Недостаточность токоферола вызывает у человека такие симптомы, как дегенерация печени и нарушение функции мембран. Молекулы токоферолов состоят из ароматического кольца и длинной изопреноидной боковой цепи. Точная биологическая функция витамина Е пока не установлена предполагают, что он участвует в защите липидов клеточных мембран от разрушающего воздействия кислорода (разд. 12.2). [c.293]

    Уменьшение активности миелопероксидазы и увеличение содержания липидов в нейтрофилах имели место у лиц, подвергавшихся воздействию сравнительно высоких концентраций Б., хотя активность Р-глюкуронидазы в нейтрофилах была увеличена у всех наблюдавшихся лиц, независимо от концентрации яда. Адаптационными реакциями системы нейтрофилов можно считать рост окислительно-восстановительного потенциала и увеличение активности лизосомальных ферментов — кислой фасфатазы и Р-глюку-ронидазы. По мере увеличения продолжительности воздействия постепенно нарушается биологическая функция нейтрофилов. Аналогичные явления, вызываемые Б. и его гомологами, наблюдались и в отношении лимфоцитов (Мощиньски, Словеньски). [c.130]

    В зависимости от химического состава ПАВ мицеллы могут быть неионными, катионными, анионными или амфотерными. Физические свойства ряда детергентов приведены в табл. 1. Наиболее широко применяемые неионные детергенты содержат полиоксиэти-леновую или полиоксипропиленовую цепь, связанную, как правило, со спиртами или фенолами имеющими длинную углеводородную цепь. К неионным ПАВ относятся также эфиры сахаров, жирные алканоламины, жирные окиси аминов. Все эти вещества довольно трудно получить в виде индивидуальных химических соединений, однако отсутствие ионов в мицеллах, которые они образуют, делает их особенно полезными в качестве детергентов и эмульгаторов и позволяет упростить теоретическое рассмотрение структуры таких мицелл. ККМ неионных ПАВ обычно в 100 раз меньше, чем ККМ ионогенных детергентов, содержащих сравнимые по величине гидрофобные группы. Поэтому масса мицелл неионных детергентов существенно больше, чем масса мицелл ионогенных ПАВ. Анионные детергенты обычно содержат длинную углеводородную цепь и карбоксилатную, сульфатную или сульфонатную группу. В качестве противоионов выступают натрий, калий, литий или водород. Длинноцепочечные четвертичные амины или пиридипы с бромид-, хлорид- или иодид-ионом в качестве противоиона образуют группу катионных ПАВ. Степень нейтрализации заряда противоионами в слое Штерна у катионных мицелл несколько меньше (это связано с некоторым экранированием заряда четвертичной аммониевой группы), поэтому их структура более компактна по сравнению с анионными мицеллами. Катионные мицеллы обладают несколько большей солюбилизующей способностью в отношении неполярных субстратов, чем анионные мицеллы, образованные ПАВ того же молекулярного веса. Амфотерные мицеллы образованы цвиттер-ионными молекулами, у которых тип диссоциации определяется pH раствора [45, 46]. Природные фосфатиды и липиды, такие, как лецитин и соли желчных кислот, также образуют мицеллы и определяют многие важные биологические функции in vivo и in vitro [20, 47—51]. [c.228]

    Состав липидов бактерий представлен прежде всего сложными липидами — фосфо- и гликолипидами. Нейтральные липиды составляют очень небольшую часть общего количества липидов. Фосфатидилинозиты являются основными фосфатидными компонентами сложных гликолипидов микобактерий и коринебактерий. Биологические функции их неизвестны. Фосфати-днлхолины (лецитины) у большинства видов бактерий не обнаружены. Фосфатидилэтаноламииы (кефалины) являются основными фосфатидными компонентами грамотрицательных бактерий, выполняют структурную функцию. Фосфатидилсерин — предшественник фосфатидилэтаноламина — является липидным компонентом мембраны АТФ-й системы в клетках. [c.331]

    Биологическое действие. Витамин Е объединяет несколько разных по химическому строению и активности токоферолов (от греч. tokos — потомство, phero — несу). Токоферолы предотвращают бесплодие и обеспечивают нормальное протекание процессов размножения, поэтому названы витамином размножения. Витамин Е является одним из самых сильных антиоксидантов, т. е. защищает от чрезмерного перекисного окисления липиды клеточных мембран и жирные кислоты, сохраняя их биологические функции. Благодаря своему антиоксидантному действию витамин Е предупреждает ожирение печени, способствует образованию важных для жизнедеятельности организма гормонов. Витамин Е влияет на окислительно-восстановительные процессы в организме, которые протекают с высвобождением энергии. Токоферолы поддерживают эластичность кровеносных сосудов, уменьшают свертываемость крови, усиливают процессы синтеза белка в скелетных мышцах, проявляя анаболическое действие. [c.112]

    Раздел I — Жизненно необходимые соединения (главы 1—9) — содержит сведения об особенностях химического строения, физико-химических свойств и биологических функций соединений, относящихся к основным группам биологически активных веществ аминокислот, пептидов, белков, ферментов, витаминов, биометаллов, макроциклических и линейных тетрапирролов, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот и гормонов. [c.16]

    В главах 12—15 освещаются вопросы обмена жизненно необходимых соединений, аминокислот, белков, углеводов, липидов, воды и минеральных веществ. В главе 12рассмотрен обмен белков и аминокислот, занимающий особое место в процессах метаболизма, что связано с уникальными биологическими функциями белков и специфической ролью аминокислот как основных источников азота для организмов человека и животных. Обмен углеводов обсуждается в главе 13. Известно, что углеводы занимают первое место среди веществ, служащих в качестве источника энергии для организма, а кроме того, они выполняют ряд других важных биологических функций. Обмен липидов описан в главе 14, особое внимание уделяется ряду специфических особенностей их метаболизма, связанных с химическим строением. Глава 15 посвящена рассмотрению процессов водно-минерального обмена и транспорта биологически активных соединений через клеточные мембраны, благодаря этим процессам поддерживается постоянство состава внутри- и внеклеточных жидкостей организма. [c.310]

    Холестерин — основной представитель неомыляемых стероидных липидов, строение и основные биологические функции которого рассмотрены в главе 5. Здесь мы остановимся на вопросах синтеза холестерина in vivo. [c.439]

    По биологическим функциям — гормоны, регулирующие обмен углеводов, липидов и аминокислот (инсулин, глюкагон, кортизол, адрена- [c. 104]

    О биологической функции диольных липидов пока нет данных, если не считать упомянутой выше возможной роли этих соединений в качестве энергетического резерва у некоторых морских беспозвоночных. Предполагается также, что некоторые диолы замещают часть глицеринсодержащих липидов сходной структуры. [c.75]


Белково-липидное взаимодействие — обзор

(1)

Для приготовления везикулярных и невезикулярных реакционных смесей объедините все реагенты, перечисленные в разделе «Реакционные смеси ICMT», за исключением зондов ICMT. Для реакции без пузырьков добавьте эквивалентный объем ddH 2 O вместо пузырьков. Осторожно перемешайте растворы на вортексе и дайте им инкубироваться в течение 15 мин при 30 °C в сухожаровом блоке.

Примечание. Для приготовления везикул см. ( Akbarzadeh et al., 2013 )

(2)

Добавьте 45 мкл 0,5 м M тяжелого зонда ICMT первого этапа к реакционной смеси, содержащей везикулы, одновременно запуская таймер.

(3)

Когда таймер показывает ровно 10 с, добавьте 45 мкл 0,5 м M тяжелого зонда ICMT первой ступени к реакционной смеси без пузырьков.

Примечание. Задерживая эксперимент без пузырьков на 10 с, две реакции можно проводить параллельно, что ограничивает вариабельность между двумя экспериментами для получения точных результатов .

(4)

Когда таймер покажет ровно 30 с, отберите аликвоту 50 мкл реакционной смеси, содержащей везикулы, и поместите ее в микроцентрифужную пробирку на 600 мкл, содержащую 5,5 мкл 50 м M свет второго этапа ИКМТ зонд.

(5)

Когда таймер показывает ровно 40 с, отберите аликвоту 50 мкл реакционной смеси без везикул и поместите ее в микроцентрифужную пробирку на 600 мкл, содержащую 5,5 мкл 50 м M свет второго этапа ИКМТ зонд.

Совет: особенно в ранние моменты времени и в моменты времени, которые близки друг к другу, часто необходимо предварительно пипетировать легкий ICMT-зонд второй ступени в серию пробирок перед добавлением тяжелого ICMT-датчика первой ступени. к реакционным смесям ( до стадии 2 ).

(6)

В каждый дополнительный момент времени (1 мин, 2 мин, 5 мин и т. д.) повторяйте шаг 4 и шаг 5 (каждый момент времени + 10 с), удаляя аликвоту 50 мкл и обеспечивая что каждая аликвота отбирается пипеткой точно в указанный момент времени.

Границы | От редакции: Влияние мембранных липидов на функцию белка

Эукариоты разделены на связанные с мембраной органеллы, которые разделены цитозолем, однако связь между органеллами необходима для клеточного гомеостаза и для ответа на внешние сигналы. Передача информации между органеллами происходит посредством множества механизмов. Например, связывание лигандов с их рецепторами передает сигналы через бислой мембраны, чтобы активировать пути передачи сигнала.Передача информации также происходит посредством везикулярного транспорта и перемещения грузов между органеллами; секреция растворимых факторов во внеклеточное пространство; и поглощение материала извне клетки для деградации посредством эндолизосомного пути. В то время как белки управляют этими путями, состав мембраны может оказывать сильное влияние на регулирование их эффективности. Нарушение регуляции механики, влияющей на состав мембраны, может привести к множеству заболеваний (напр.g., рак), которые проявляются дефектной функцией белка. Таким образом, важно понять, как липиды принципиально влияют на такие пути.

По большей части органелларные мембраны состоят из амфипатических липидов, которые собираются в бислои с полярными головными группами, обращенными к цитозолю или внеклеточной среде, в то время как гидрофобные группы обращены друг к другу, чтобы исключить попадание воды. Липидные компоненты мембран делятся на три основные группы: глицерофосфолипиды (ГФЛ), сфинголипиды (СЛ) и стеролы.GPL содержат глицериновую основу с жирными кислотами, присоединенными в виде сложных эфиров к двум атомам углерода, в то время как третий гидроксил не модифицирован или связан с головной группой через связь сложного эфира фосфорной кислоты. GPL включают основные липиды фосфатидилхолин (PC), фосфатидилэтаноламин (PE) и фосфатидилсерин (PS), а также липиды в низких концентрациях, такие как фосфатидная кислота (PA), диацилглицерин (DAG) и фосфоинозитиды (PI). SL содержат сфингоидную основу, которая включает аминоспирт сфингозин.Этот сфингозиновый остов может быть связан с жирной кислотой посредством амидной связи. SL включают церамид (Cer), сфингомиелин (SM) и гликозилированные сфинголипиды. Липидный состав органелл широко различается, чтобы дать каждому компартменту характерный профиль, влияющий на функцию ассоциированных с мембраной белков.

Липидный бислой оказывает два основных влияния на мембранные белки. Эти эффекты можно разделить на специфические белок-липидные взаимодействия и неспецифические взаимодействия, на которые влияют физические свойства мембран.Липиды могут рекрутировать растворимые белки, которые содержат домены связывания липидов, которые распознают определенные виды липидов. Такие домены представляют собой консервативные модульные белковые складки, включая PH (гомология плекстрина) (Harlan et al., 1994), PX (гомология phox) (Xu et al., 2001) и FYVE (Fab1p, YOTB, Vac1p и EEA1) (Gillooly et al., 2000) домены, которые распознают специфические фосфорилированные формы PI, например, фосфатидилинозитол-3-фосфат (PI3P). Липиды также могут быть связаны белковыми областями, в которых отсутствует консервативная белковая складка, включая многоосновные области, которые связывают анионные липиды, такие как эффекторный домен MARCKS (MED), который предпочтительно связывает PI(4,5)P 2 (Denisov et al., 1998). Здесь Уэда и соавт. показывают, что гипервариабельная область малых GTPases Rab4 и Rab5 способствует внутренней способности этих Rab к связыванию, когда присутствуют PS, PI и холестерин.

Хотя органеллы имеют различные наборы липидов, их соотношение не является постоянным. Вместо этого локальный состав мембран постоянно ремоделируется как часть регуляции клеточных функций. Например, фосфоинозитиды могут по-разному фосфорилироваться и дефосфорилироваться специфическими киназами и фосфатазами.Такие изменения не только влияют на рекрутирование белков со специфическими доменами, связывающими липиды, но и изменяют локальный поверхностный заряд мембраны. Липиды также могут быть модифицированы под действием фосфолипазы C (PLC) и PLD для удаления головных групп липидов с образованием DAG и PA, которые изменяют связывание с белками и их функцию, о чем свидетельствует активация протеинкиназы C с помощью DAG (Kong et al. , 1991). ) или ингибирование активации SNARE посредством связывания Sec18 с помощью PA (Starr et al., 2019). Липиды также можно модифицировать путем удаления ацильной цепи с помощью PLA1, PLA2 и PLB с образованием лизолипидов, которые взаимодействуют со специфическими рецепторами (Moolenaar, 2000) и влияют на кривизну мембраны (Kooijman et al., 2003). Удаление ацильных замен также может быть сопряжено с их обменом под действием ацилтрансфераз (Sanford, Frosolono, 1983).

Не только общий состав липидов мембраны влияет на функцию белка, но и распределение липидов в двойном слое усложняет взаимодействие между белками и мембранами. Изменение характеристик створки может происходить за счет перемещения специфических липидов через бислой посредством функции флиппаз (Backer and Dawidowicz, 1987) (Fazeli et al.) и floppases (Dekkers et al., 1998) для установления липидной асимметрии между листочками. Напротив, липидная асимметрия может быть гомогенизирована за счет неразборчивой транслокации липидов скрамблазами (Daleke, 2003). Другие модификации происходят посредством невезикулярного переноса липидов между мембранами (Bankaitis et al., 1990). Наконец, физические характеристики мембраны могут изменяться за счет образования мембранных микродоменов, богатых стеролом и сфинголипидами, которые одновременно утолщают и делают мембрану более жесткой, влияя на функцию белка (Edidin, 2003; Wang and Silvius, 2003).Эти модификации вместе с интердигитацией липидов, гидрофобным несоответствием и компрессией мембран могут точно регулировать функцию белков и их пути (Andersen and Koeppe, 2007). Наконец, различные физические свойства мембран могут быть изменены небольшими молекулами, в том числе теми, которые влияют на электрический потенциал мембран (Ефимова и др.) или за счет увеличения нарушения липидного обмена для усиления действия противогрибковых препаратов (Захарова и др.).

В этом сборнике статей мы видим образец того, как мембрана может влиять на функцию белка.Начиная с фосфоинозитидов, во включенных статьях показано, как эти липиды влияют на подкисление органелл (Банерджи и Кейн), транспортировку белков в реснички (Нечипуренко), рекрутирование эффекторов RUFY в эндосомы (Чар и Пьер) и установление участков контакта с мембраной (Заман и др. ). .). Как упоминалось выше, ИП могут быть модифицированы фосфолипазами с образованием ПА и ДАГ. Здесь Мун и Джун показывают, как слияние митохондрий регулируется PA. В другой статье показано, что преобразование PA в lysoPA посредством активности PLA контролирует рост нейритов (Maemoto et al.). Наконец, показано, что богатые DAG структуры влияют на потребление капель липидов тубулярным эндоплазматическим ретикулумом (Ganesan et al.).

Другие классы липидов, представленные в этой коллекции, включают холестерин, гликолипиды и сфинголипиды. Показано, что у дрожжей эргостерол влияет на ГТФазу Sey1/атластин во время слияния микросом эндоплазматического ретикулума (Moon и Jun). Гликолипиды включают GPL и SL, в которых головная группа модифицирована углеводами. Здесь Hanafusa et al. показывают, как два гликолипида лактозилцерамид и фосфатидилглюкозид по-разному регулируют отдельные классы липидных рафтов на плазматической мембране.Наконец, Hurst и Fratti обсуждают, как эргостерол и сфинголипиды влияют на слияние вакуолей.

Открытые вопросы и вызовы

Регуляция белков мембранными липидами — быстро развивающаяся и захватывающая область исследований. Несмотря на то, что в последние годы были достигнуты большие успехи, остается много вопросов, которые остаются неуловимыми и сложными для решения. Нерешенные вопросы включают:

• Как различные липиды действуют согласованно, чтобы влиять на специфические белок-липидные взаимодействия? Мембранные белки окружены коктейлем из липидов, которые меняются в пространстве и времени.Другими словами, стехиометрия липидов, окружающих определенный белок или набор белков (например, SNARE), будет меняться в зависимости от продолжительности пути. Липиды, такие как фосфоинозитиды и их метаболиты, быстро модифицируются под действием специфических киназ, фосфатаз и липаз. Таким образом, нарушение регуляции времени и порядка модификации липидов может оказывать сильное влияние на функцию белка и блокировать прогрессирование пути.

• Как можно отслеживать динамику липидов с помощью флуоресцентной микроскопии, не изменяя указанную динамику или присущие им физические свойства? Липиды обычно отслеживаются с помощью флуоресцентных зондов, которые распознают определенные группы липидов. Несмотря на информативность, использование громоздких зондов может блокировать взаимодействие липидов и изменять их латеральную диффузию. Эти зонды также могут иметь нецелевое связывание и искажать показания. Альтернативно, ацильная цепь заменена флуорофором. Поскольку физические свойства ацильных цепей частично или полностью определяют биохимическое поведение липида, замена одного из них флуорофором по существу создает новый липид, свойства которого не имеют значения и могут вызывать нежелательные физические эффекты в интересующей системе.

• Как рафтоподобные липидные микродомены и асимметрия мембран влияют на функцию белков на эндомембранах? Большая часть работы над мембранными микродоменами и асимметрией была проделана на плазматической мембране, поэтому их важность внутри клетки менее понятна.

• Как нам лучше всего определить истинный результат изменения модификации липидов? Изучение модификации липидов на функции белка обычно проверяется путем ингибирования модифицирующего фермента. Полученный фенотип представляет собой смесь блокирования продукции нового липида с накоплением предшественника.Хотя это можно частично решить с помощью определенных восстановленных систем, мы должны учитывать, что отсутствующий липид должен быть заменен другим другим липидом, что еще больше изменит стехиометрию липидов и введет новую переменную.

• Как вы измеряете в реальном времени влияние динамических изменений гидрофобного несоответствия и переплетения на функцию белка? Изменения толщины мембран с помощью таких механизмов могут оказывать сильное влияние на организацию и функцию белков. Тем не менее, быстрое латеральное ремоделирование липидов и временные изменения толщины бислоя трудно отследить.

Вклад авторов

РФ написала редакция.

Финансирование

Работа выполнена при поддержке Национального научного фонда РФ под номером MCB-1818310.

Конфликт интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Ссылки

Андерсен О.С. и Кёппе Р.Э. 2-й (2007). Толщина бислоя и функция мембранного белка: энергетическая перспектива. год. Преподобный Биофиз. биомол. Структура 36, 107–130. doi: 10.1146/annurev.biophys.36.040306.132643

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Bankaitis, V.A., Aitken, J.R., Cleves, A.E., и Dowhan, W. (1990). Существенная роль белка-переносчика фосфолипидов в функции Гольджи дрожжей. Природа 347, 561–562. дои: 10.1038/347561a0

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Деккерс, Д.В., Комфуриус П., Шройт А.Дж., Беверс Э.М. и Цваал Р.Ф. (1998). Трансбислойное перемещение фосфолипидов, меченных NBD, в мембранах эритроцитов: направленный наружу транспорт с помощью белка 1 множественной лекарственной устойчивости (MRP1). Биохимия 37, 14833–14837. дои: 10.1021/bi981011w

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Денисов Г. , Ванаски С., Луан П., Глейзер М. и Маклафлин С. (1998). Связывание основных пептидов с мембранами приводит к образованию боковых доменов, обогащенных кислыми липидами фосфатидилсерином и фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфатом: электростатическая модель и экспериментальные результаты. Биофиз. J. 74, 731–744. дои: 10.1016/S0006-3495(98)73998-0

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Gillooly, D.J., Morrow, I.C., Lindsay, M., Gould, R., Bryant, N.J., Gaullier, J.M., et al. (2000). Локализация фосфатидилинозитол-3-фосфата в клетках дрожжей и млекопитающих. Эмбо Дж. 19, 4577–4588. doi: 10.1093/emboj/19.17.4577

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Харлан, Дж.Э., Хайдук П.Дж., Юн Х.С. и Фесик С.В. (1994). Домены гомологии плекстрина связываются с фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфатом. Природа 371, 168–170. дои: 10.1038/371168a0

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Kong, F. H., Kishi, Y., Perez-Sala, D., and Rando, R.R. (1991). Фармакофор дебромоаплизиатоксина, ответственный за активацию протеинкиназы С. Проц. Натл. акад. науч. США . 88, 1973–1976. doi: 10.1073/pnas.88.5.1973

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Kooijman, E.E., Chupin, V., de Kruijff, B., and Burger, K.N. (2003). Модуляция кривизны мембран фосфатидной кислотой и лизофосфатидной кислотой. Трафик 4, 162–174. doi: 10.1034/j.1600-0854.2003.00086.x

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Сэнфорд, Г.Л., и Фросолоно, М.Ф. (1983). Роль ацилтрансферазы в биосинтезе легочного микросомального фосфатидилглицерина. Биохим. Биофиз. Рез. коммун. 116, 23–29. дои: 10.1016/0006-291X(83)

-3

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Старр М.Л., Спаркс Р.П., Аранго А.С., Херст Л.Р., Чжао З., Лихан М. и др. (2019). Фосфатидная кислота индуцирует конформационные изменения протомеров Sec18, которые предотвращают праймирование SNARE. Дж. Биол. хим. 294, 3100–3116. doi: 10.1074/jbc.RA118.006552

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ван, Т.Ю. и Сильвиус Дж. Р. (2003). Разделение сфинголипидов на упорядоченные домены в липидных бислоях без холестерина и с холестерином. Биофиз. Дж. 84, 367–378. doi: 10.1016/S0006-3495(03)74857-7

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Сюй Ю., Хортсман Х., Сит Л., Вонг С. Х. и Хонг В. (2001). SNX3 регулирует эндосомальную функцию посредством своего PX-домена-опосредованного взаимодействия с PtdIns(3)P. Нац. Клеточная биол. 3, 658–666.дои: 10.1038/35083051

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

границ | Липиды или белки: кто лидирует в местах контактов с мембранами?

Введение

С эволюционной точки зрения было высказано предположение, что места контакта с мембраной (MCS) были первыми контактами между археонами и протобактериями, что привело к появлению эукариотических клеток (Jain and Holthuis, 2017). В более общем смысле MCS описываются как очень близко расположенные друг к другу (промежуток 10–30 нм) мембраны обычно двух разных органелл (также существуют внутриорганеллярные MCS) со специфическими липидными и белковыми популяциями (Bayer et al., 2017; Ван и др., 2017). MCS создают микросреду, которая находится под жестким пространственным и временным контролем. Их основная функция заключается в содействии быстрой межорганеллярной коммуникации за счет прямого обмена молекулами, такими как липиды или кальций, и за счет скоординированных действий, например, с белками, действующими в транс на соседней мембране, чтобы контролировать передачу сигналов рецептора или синтез липидов (Eden et al. al., 2010; Haj et al., 2012; Himschoot et al., 2017; Muallem et al., 2017; Henrich et al., 2018). Способность MCS создавать и модулировать микросреду, а также макросреду в более крупных масштабах в клетке определяется высокой регуляцией липидов и белков как по составу, так и по распределению (Eisenberg-Bord et al. , 2016; Gatta and Levine). , 2017; Muallem et al., 2017). Было проведено множество исследований разнообразия мембранных липидов и последствий их гетерогенного распределения вдоль и поперек бислоя (Cacas et al., 2016; Sezgin et al., 2017; Gronnier et al., 2018; Хараяма и Ризман, 2018 г.). Также увеличивается объем знаний об идентичности и функции белков, ассоциированных с MCS (Eisenberg-Bord et al., 2016; Wong et al., 2018). Точное определение MCS все еще обсуждается, но появляется консенсус в отношении того, что они (1) участвуют в общем распределении липидов и/или тонкой регуляции липидного состава мембран посредством (но не только) прямого переноса липидов, который, в свою очередь, имеет решающее значение для местных и органеллярных клеточных процессов и (2) характеризуется наличием связующих элементов, удерживающих мембраны близко друг к другу, но без слияния.Белки-переносчики липидов (LTP) локально обнаруживаются в MCS, и, помимо переноса липидов, некоторые из них также могут действовать как привязи (Lahiri et al. , 2015; Eisenberg-Bord et al., 2016; Quon et al., 2018). ; Тонг и др., 2018). В свою очередь, липиды являются одним из основных участников рекрутирования LTP/связки, следовательно, стабильности и функции MCS (Bian et al., 2018; Wong et al., 2018). В такой среде сложно понять динамику и взаимосвязь между белками и липидами, а также взаимодействия между липидами и белками внутри этих ограниченных областей, наполненных такой динамической сложностью.

Мы выбрали здесь, чтобы дать общее представление и дополнительные соображения о роли липидов в MCS растений, в основном в MCS эндоплазматического ретикулума (ER)-плазматическая мембрана (PM) (EPCS). В этом обзоре мы сначала опишем различные способы, которыми липиды могут определять определенные области и регулировать белковые комплексы посредством образования липидных доменов, регуляции кривизны мембраны и электростатики мембраны. Во-вторых, мы рассмотрим важность липидного обмена при MCS. В-третьих, мы начнем дискуссию об особенностях MCS плазмодесм и их потенциальном влиянии на перекрестные помехи органелл, межклеточные коммуникации и регуляцию транспорта. Наконец, мы перечисляем ряд междисциплинарных подходов, которые можно использовать для получения полного представления об этих структурах на (почти) атомном и молекулярном уровнях.

Мембранные липиды создают уникальную среду, которая определяет и регулирует Mcss

MCS имеют специфический молекулярный состав как липидов, так и белков, который определяет нано- и микродомены внутри органеллы. Эти субдомены очень важны для клеточной поляризации сигнальных событий посредством образования белковых комплексов, особенно комплексов рецепторов, которые сами по себе регулируются пространственно и во времени, управляя острыми сигнальными путями (Burkart and Stahl, 2017; Gronnier et al., 2018). Молекулярные механизмы, ведущие к субкомпартментализации в общих чертах, постепенно раскрываются, и было показано, что они включают липиды, биофизические свойства мембран и согласованное действие специфических белковых механизмов. Мембранное подразделение возникает из-за комбинации биофизических свойств мембраны, таких как текучесть, толщина, кривизна и электростатичность, и имеет последствия в паттерне распознавания множества липидных доменов белков, чувствительных к окружающей среде (Prévost et al. , 2015; Страль и др., 2015; Перес-Лара и др., 2016 г.; Лорент и др., 2017; Платре и др., 2018; Вонг и др., 2018).

Мембранная текучесть и домены

Есть два основных элемента, играющих роль в текучести мембраны, а также в формировании и сохранении липидного домена. Очень общей чертой является разделение фаз жидкость-жидкость, вызванное тенденцией стеролов связываться с насыщенными липидами или белками и образовывать упорядоченные домены, обогащенные стеролами (жидкие упорядоченные домены Lo по сравнению с жидкими неупорядоченными доменами Ld), и ненасыщенных липидов для настройки фазы. стабильность разделения (Levental et al., 2016; Яванайнен и др., 2017; Вайнер и Фейгенсон, 2018). Точнее, у растений была предложена модель нанодомена PM, включающая специфические для растений сфинголипиды, называемые гликозил-инозитол-фосфоцерамидами (GIPC). GIPC обладают очень длинными насыщенными ацильными цепями и предположительно располагаются во внешнем листке PM. Полигликозилированные GIPC имеют тенденцию к увеличению размера зависимых от фитостерола упорядоченных доменов за счет кооперативных взаимодействий (Рисунок 1A; Grosjean et al. , 2015), которые, вероятно, отражают домены, обогащенные полифосфоинозитидами, во внутреннем листочке, возможно, за счет интердигитации; я.е., взаимодействие через очень длинные жирные ацильные цепи между внешними и внутренними липидами листочка (Raghupathy et al., 2015; Cacas et al., 2016; Gronnier et al., 2016).

Рисунок 1. Биофизические свойства мембраны и липидно-белковое взаимодействие в местах контакта с мембраной (MCS). (A) Полигликозилированные GIPC имеют тенденцию к увеличению размера и жесткости зависимых от фитостерола упорядоченных мембранных доменов (Lo) за счет водородных связей между гидроксильной группой стеролов и поляризованными группами GIPC, расположенными на полярной/гидрофобной поверхности раздела.Этому взаимодействию также способствует зонтичный эффект полярной части больших GIPC, который препятствует более глубокому взаимодействию молекул воды в бислое (Grosjean et al., 2015). (B) Распределение трансмембранного белка между различными липидными доменами зависит от трансмембранной длины, площади поверхности и пальмитоилирования (адаптировано из Lorent et al. , 2017). (C) Представление липидной упаковки мембранных доменов. Жидкие упорядоченные домены более плотно упакованы, чем жидкие неупорядоченные домены (Ld) из-за природы липидов и степени насыщения их ацильных цепей.Дефекты упаковки липидов возникают в жидких неупорядоченных доменах. (D) Гипотетическая модель кальций-зависимой регуляции белок-плазматической мембраны при МКС эндоплазматический ретикулум-плазматическая мембрана (ЭПКС). Эта гипотетическая модель собирает возможные взаимодействия с участием белков, липидов и ионов, которые могут происходить в MCS во время сигнальных событий. Его цель состоит в том, чтобы проиллюстрировать сложность взаимодействия липидов/белков/ионов. Проиллюстрированный здесь белок представляет собой белок-переносчик липидов/связующий элемент, который специфически локализуется в EPCS при гомодимеризации. Слева. В присутствии кальция домен А способен взаимодействовать с фосфатидилсерином, межмембранный зазор уменьшается, что позволяет осуществлять обмен липидов доменами переноса липидов (LTD). Домен B не может взаимодействовать с фосфатидилинозитолфосфатами липидных нанодоменов, поскольку они экранированы ионами кальция ( Средний ) . Правильно. В отсутствие кальция домен А высвобождается из мембраны, увеличивая межмембранный зазор, и связывается с LTD, ингибируя липидный обмен между органеллами.Домен B стыкуется с липидными нанодоменами посредством электростатических взаимодействий с анионными PIP и приводит к образованию более крупных липидных доменов, где белок C может взаимодействовать друг с другом и инициировать/передавать сигнал. Существует два основных типа доменов, обеспечивающих периферическое связывание белков: анионные липидные и/или кальций-зависимые домены C2 (такие как домен A на этом рисунке) и зависимые от анионных липидов домены PH (такие как домен B на этом рисунке). (E) Схематическое изображение межклеточного соединения растения, показывающее клеточную стенку (CW), сеть эндоплазматического ретикулума (ER), плазматическую мембрану (PM) и несколько плазмодесм (PD). Правая вставка показывает ультраструктуру ПК. Непосредственная близость между PM и десмотубулой (Dt; беспросветный каналец ER), соединенных спицеобразными связующими элементами, оставляет небольшой межмембранный зазор между двумя мембранами, называемый цитоплазматическим рукавом (CS).

Естественная сегрегация липидов на домены, вызванная их внутренними свойствами, используется, контролируется и уравновешивается клеткой посредством действия белков для создания функциональных единиц, способных к молекулярным и клеточным операциям, таким как передача сигналов (Sezgin et al., 2017). Жесткость/текучесть мембраны частично обусловлена ​​долей стеролов, присутствующих в бислое, поскольку их жесткая плоская структура сдерживает ацильные цепи соседних липидов (Dufourc, 2008). Как следствие, присутствие нанодоменов и связанного с мембраной цитоскелета напрямую влияет на подвижность периферического и закрепленного белка. Эта так называемая аномальная диффузия ассоциированных с мембраной белков и липидов может быть столь же важной, как и компартментализация мембраны для мезоскопической динамики (100–1000 нм) (Wu et al. , 2016). Кроме того, обогащение стеролом вместе с упорядоченностью и длиной ацильных цепей липидов связано с толщиной бислоя (Javanainen et al., 2017). Одним из примеров сортировки белков, связанной с образованием липидных нанодоменов, является распределение трансмембранных доменов посредством гидрофобного несоответствия; т. е. свойства трансмембранного домена коррелируют со специфическими липидными доменами (рис. 1В; Milovanovic et al., 2015; Lorent et al., 2017). Недавнее исследование, описывающее протеом плазмодесм Populus trichocarpa , показывает увеличение длины трансмембранных доменов белков, связанных с плазмодесмами, по сравнению с белками, ассоциированными с мембранами (Leijon et al., 2018). Это наблюдение коррелирует со специфичностью состава мембран, описанной у постцитокинезных плазмодесм (Grison et al., 2015) и указывающей на толстую «плотоподобную» мембрану.

У животных MCS между ER и транс- сетью Гольджи имеют решающее значение для регуляции переноса стеролов и сфинголипидов, опосредованного транспортным белком церамидов (CERT) и белком, связывающим оксистерол (OSBP), что очень важно. для контроля липидной композиции транс- Гольджи, следовательно, липидной композиции PM (Yamaji et al., 2008; Олкконен, 2015; Джейн и Холтуис, 2017 г.; Ханада, 2018). GIPC, являющиеся специфическими для растений сфинголипидами, понимание их роли в мембранах и того, как они могут косвенно воздействовать на MCS, модулируя состав липидов, было бы важным шагом вперед в клеточной биологии. Хотя некоторые исследования показали обогащение сфинголипидов и фитостеролов в некоторых растительных MCS (Fujimoto et al., 2011; Grison et al., 2015), в настоящее время мы не знаем роли межорганеллярного обмена в поддержании этих локальных липидных сред.Остающаяся загадка, стоящая за ролью переплетения листочков, опосредованного жирными кислотами с очень длинной цепью GIPC, и, в более глобальном плане, асимметричного распределения липидов между внутренними и внешними листочками PM, также заслуживает нашего внимания (Cacas et al., 2016; Gronnier). и др., 2016).

Кривизна мембраны и липидная упаковка

Другим важным компонентом установления специализированных мембранных доменов является кривизна мембраны и липидная упаковка. Последнее можно описать как упорядоченность расположения липидов: дефекты липидной упаковки возникают, когда в мембране на границе с водой образуются полости, обнажающие алифатические атомы углерода (рис. 1С; Jackson et al., 2016; Готье и др., 2018). Это свойство двойного слоя зависит от баланса между размером липидной полярной головки и степенью ненасыщенности липидов (Bigay and Antonny, 2012), а также от кривизны самого двойного слоя (Harayama and Riezman, 2018). Другие исследования также предполагают образование дефектов упаковки липидов на границах Lo/Ld (Tripathy et al., 2018). Эти биофизические свойства мембраны могут управлять мембранной адсорбцией различных периферических белков, которые распознают дефекты упаковки липидов посредством, например, амфипатических спиралей в белках, чувствительных к кривизне мембраны (Cui et al., 2011; Ванни и др., 2013; Симунович и др., 2015). Кроме того, само искривление может управлять автономной сортировкой молекул в зависимости от их свойств, как это было показано для липидов (Baoukina et al. , 2018) и трансмембранных белков (Aimon et al., 2014). В контексте MCS сильно отрицательно изогнутые мембраны, такие как PM внутри межклеточных пор плазмодесм, могут объединять липиды с небольшими полярными головками, такие как фосфатидная кислота (PA) и/или специфические белки, потенциально регулирующие функцию MCS.

Было показано, что другие белки или локальное производство/деградация специфических липидов вызывают искривление мембраны (Tilsner et al., 2016; Choudhary et al., 2018; Ramakrishnan et al., 2018). В частности, было показано, что трансмембранная область человеческого MCTP2 (несколько доменов C2 и белок трансмембранной области 2), белка, который, как предполагается, действует как связующее звено в EPCS в нейронах (Genç et al., 2017), действует как ретикулоновый домен, ограничивая сеть ER в узкие канальцы, вызывая искривление (Joshi et al., 2018). Интересен вопрос, могут ли привязные белки также формировать мембраны в MCSs и как это может быть связано с межорганеллярным обменом. Направлена ​​ли кривизна, вызванная этими связями, на облегчение извлечения липидов для переноса? Экстракция Sterol действительно может быть облегчена на мембранах с положительным изгибом (Bigay and Antonny, 2012) и, возможно, более стабильно включаться в мембраны без дефектов упаковки липидов, такие как мембраны с отрицательным изгибом, что, возможно, обеспечивает движущую силу для направленного движения.

Мембранная электростатика и ионы

Третьим основным элементом, определяющим идентичность мембраны и домена, является заряд, переносимый липидными полярными головками, точнее анионными липидами. У растений фосфатидилинозитол-4-фосфат (PI4P) является основным анионным липидом, который определяет электростатическую идентичность внутреннего листка PM (Simon et al., 2016), но более поздние исследования показывают, что электростатическое поле фактически контролируется комбинацией нескольких заряженных липидов, а именно PI4P, PA и фосфатидилсерин (PS) (Platre et al., 2018). Этот трехсторонний электростатический ландшафт растительных PM имеет решающее значение для создания специфических локальных зарядов и, таким образом, рекрутирования и функционирования катионных белков, участвующих в клеточных реакциях, таких как регулятор транспорта брассиностероидов BRI1 KINASE INHIBITOR1 (BKI1) и модуляторы полярности ауксинов AGC киназы. PINOID и D6-ПРОТЕИНКИНАЗА (D6PK) (Barbosa et al., 2016; Simon et al., 2016; Platre et al., 2018).

Отрицательно заряженные липиды также являются критическими элементами EPCSs, выступая в качестве кофакторов связывания мембран посредством прямого взаимодействия со связывающими белками.Несколькими примерами являются трикалбины (Tcb1-3) и белки Ist2 у дрожжей (Manford et al., 2012), расширенные синаптотагмины (E-Syt1-3), TMEM16, junctophilins и STIM1 у людей и, наконец, синаптотагмин 1/A (Syt1). и MCTP в растениях (Henne et al., 2015; Tilsner et al., 2016; Brault et al., 2018). В самом деле, многие LTP/связывающие элементы обладают гомологией плекстрина (PH) или доменами C2, которые являются известными доменами, взаимодействующими с анионными липидами (Wong et al. , 2018). Было показано, что у животных связывающие белки MCS, представляющие серию доменов C2 (например, E-Syt1), имеют условные опосредованные окружающей средой структурные модификации, которые инициируют или передают сигнал в масштабе MCS: уменьшение межмембранного промежутка, обмен липидов, образование/разрыхление белковых комплексов (Saheki and De Camilli, 2017; Zhou et al., 2017; Биан и др., 2018). У растений мы опаздываем с пониманием динамических молекулярных механизмов, происходящих в MCS, но тем не менее было показано, что домены Syt1 C2 взаимодействуют с анионными липидами (Schapire et al., 2008; Pérez-Sancho et al., 2015) и новое понимание функция семейства MCTP в EPCS плазмодесм может дать нам некоторые подсказки, поскольку их домены C2 также обладают способностью взаимодействовать с PS и PI4P (Brault et al., 2018).

Локальные модификации липидов, рН и градиенты/локальные концентрации ионов также должны учитываться при регулировании электростатической сигнатуры мембраны и, таким образом, способности анионных липидно-белковых взаимодействий. Мы знаем, что МКС являются местами кальциевого обмена и концентрации анионных липидов (Muallem et al., 2017). Важно учитывать, как они связаны и как это влияет на функции MCS. Например, функция E-Syt1, которая зависит от способности стыковки мембраны его доменов C2 с анионными липидами, может напрямую модулироваться присутствием ионов кальция (Idevall-hagren et al., 2015; Bian et al., 2018), но последний также может экранировать полярные головки PIP и предотвращать связывание белков в местах, где проходят сигналы (Seo et al., 2015; Билкова и др., 2017; Химшут и др., 2017; Рисунок 1D). Недавняя работа также продемонстрировала влияние локальных концентраций двухвалентных катионов, в основном кальция, на формирование мембран, содержащих анионные липиды: кластеризация PS и PI(4,5)P2, вызванная взаимодействием ионов, вызывает отрицательную кривизну и трубчатость мембраны. двухслойный (Doosti et al., 2017; Graber et al., 2017). Последним элементом, способным определять пространственно-временную электростатическую сигнатуру, является рН, который может воздействовать на анионные липиды, главным образом на ПА (Shin et al. , 2011; Танги и др., 2018). Возможно, что pH в MCS может отличаться от общего объема цитозоля, и изучение его вариаций в этих областях с помощью pH-зондов может представлять интерес.

Обмен липидов в MCS

При MCS мы наблюдаем альтернативный везикулярному переносу транспорт: прямой шаттл/обмен липидами между мембранами. Этот обмен, по-видимому, является способом гарантировать надежный механизм переноса липидов и регуляции между компартментами, поскольку он приводит к модификациям липидов в органеллах и играет важную роль в клеточных событиях, таких как реакция на инсулин (Lees et al., 2017) и рост нейронов (Petkovic et al., 2014). Это быстрое и эффективное перекрестное взаимодействие осуществляется специализированной группой белков, белков-переносчиков липидов (LTP), и зависит от связывания белков с мембраной посредством взаимодействия с липидами (в основном, анионных липидных и/или кальций-зависимых доменов C2 и анионных липид-зависимых доменов PH). , но и в непосредственной близости двух мембран (рис. 1D; Wong et al., 2018). Невезикулярный транспорт липидов с помощью LTP важен для регуляции состава мембран в узких местах, что не может быть достигнуто везикулами.Он также может играть важную роль в контроле общего распределения липидов в органеллах.

Например, OSBP и OSBP-родственные белки (ORP, Ош) связываются с ассоциированными с везикулами мембранными белками (VAP) в MCSs ER для специфического обмена молекулами стеролов, PS и PIP (Olkkonen, 2015; Moser von Filseck и Дрин, 2016). Osh5 использует дисбаланс PI4P, созданный в ER фосфатазой PI4P Sac1p, для обмена PI4P, извлеченного из транс- сети Гольджи, на стеролы.Этот противоточный процесс приводит к обогащению стеролов в сети trans- Golgi и поддержанию пула PI4P в ER (Saint-jean et al., 2011). Интересно, что поддержание этого пула PI4P в ER позволяет рекрутировать CERT для транспорта церамида из ER в trans- Golgi (Yamaji et al., 2008; Moser von Filseck and Drin, 2016). Этот перенос стеролов и сфинголипидов к транс- Гольджи приводит к косвенной регуляции липидного состава РМ. ORP5/8 также способствует формированию липидной сигнатуры ТЧ за счет встречного потока ФС в обмен на PI4P и, более эффективно, PI(4,5)P 2 из ER (Chung et al., 2015; Ghai et al. ., 2017). В целом становится ясно, что транспорт стеролов, сфинголипидов и анионных липидов имеет решающее значение для определения сигнатуры мембраны и контроля состава липидов. Это приводит нас к мысли, что обмен липидов в MCS лежит в основе идентичности мембран, формируя их свойства посредством переноса специфических липидов.Это также позволяет создавать и поддерживать градиенты липидов, необходимые для функционирования молекулярных механизмов во время клеточных действий. Однако наши знания о том, как перенос растительных липидов в MCS способен настраивать органеллярную функцию и реагировать на сигнальные пути, остаются ограниченными.

MCS в Plasmodesmata, отверстия в очень ограниченном пространстве

Plasmodesmata — это специфичные для растений каналы, пересекающие клеточные стенки и обеспечивающие межклеточную связь (Brunkard and Zambryski, 2017). Они уникальны, поскольку обеспечивают непрерывность PM, ER и цитозоля между клетками (рис. 1E) и обеспечивают прямую цитозольную дорогу для молекулярного переноса метаболитов, факторов транскрипции, РНК и кальция от клетки к клетке, а их мембраны также содержат сигнальные пути. механизмы с рецептороподобными белками (Kim et al., 2005; Рутшоу и др., 2011; Фурута и др., 2012; Брункард и др., 2015; Чен и др., 2016а; Тилснер и др., 2016; Брункард и Замбрыски, 2017). Новое понимание ультраструктуры плазмодесм выявило чрезвычайно тесную близость (до 3 нм) между ER и PM внутри пор с спицеобразными связующими элементами, соединяющими их (рис. 1E), и подчеркнуло пластичность этих мембранных соединений во время рост и развитие клеток (Nicolas et al., 2017). В какой-то степени это наблюдение приводит к пересмотру плазмодесм как специализированных EPCS и ставит под сомнение функцию контактов ЭР-ПМ в плазмодесмах (Tilsner et al., 2016; Николас и др., 2017). Хотя плазмодесмы структурно связаны с MCS, являясь местами контактов ER-PM, мы пока не знаем, участвуют ли они в межорганеллярных коммуникациях. Plasmodesmata, однако, являются хорошо установленными местами межклеточной коммуникации, и за последнее десятилетие они стали важными сигнальными узлами, играющими роль во все более растущих аспектах физиологии растений. Слияние этих двух элементов приводит к тому, что плазмодесмы могут быть уникальным типом MCS, действующим как узел как для межорганеллярных, так и для межклеточных коммуникаций.Действительно, перекрестные помехи органелл явно играют роль в функционировании плазмодесм, и возможна локальная активность переноса липидов между мембранами, поскольку плазмодесмы обычно представляют собой каналы длиной 500 нм, и проникнуть внутрь поры для везикул сложно, особенно в зрелых тканях, где клеточная стенка будет повреждена. толще.

Plasmodesmata также являются уникальными среди MCS, поскольку они обладают уникальной структурной организацией и мембранными биофизическими свойствами. Внутри поры как ER, так и PM имеют крайнюю кривизну, как положительную, так и отрицательную.Таким образом, вместо двух «плоских» сегментов мембраны, соединенных вместе, MCS плазмодесмы имеет две мембранные трубки, вложенные друг в друга и расположенные на границе раздела клеток (которые не находятся ни внутри клетки, ни в составе внеклеточного матрикса). Чрезвычайно ограниченное пространство между ЭР и ПМ (2–3 нм) также не является обычным для МКС, и тесная связь между ПМ и компонентами клеточной стенки может привести нас когда-нибудь к разговору о МКС СТЕНА-ПМ-ЭР.

Начинает формироваться глобальный взгляд на популяцию белков в плазмодесмах (Fernandez-calvino et al., 2011; Салмон и Байер, 2013 г.; Кранер и др., 2017; Brault et al., 2018) и несколько липидомных исследований, показывающих специфический липидный состав биохимической фракции, обогащенной плазмодесмами (Grison et al., 2015). Однако в настоящее время у нас мало понимания того, как популяции липидов и белков регулируют друг друга и как они играют роль в динамике плазмодесм. Взгляд на идентичность, структуру и способ действия связывающих элементов, связанных с плазмодесмами, может открыть двери для понимания молекулярных механизмов, происходящих в плазмодесмах, и потенциально связывать внеклеточную, PM и эндомембранную передачу сигналов.

Понимание MCS и его динамики требуют междисциплинарных подходов

Понимание динамики MCS и их участников (липид-белковые, липид-липидные и белок-белковые взаимодействия) требует преодоления масштабов от атомного (или околоатомного) до клеточного и тканевого уровней, чтобы получить всестороннюю картину MCS. В то время как события на клеточном и тканевом уровне могут быть изучены с помощью классической клеточной биологии (например, конфокальной микроскопии) и генетических инструментов, их ограничения с точки зрения разрешения побуждают к использованию in silico , биофизических инструментов и электронной микроскопии для понимания MCS на уровне атомный/макромолекулярный уровни.Возможны многие варианты, но ряд подходов особенно интересен в контексте взаимодействия белок/липид, следовательно, MCS (см. Таблицу 1). Например, молекулярное моделирование и динамическое моделирование являются относительно легкодоступными способами изучения, одновременно или раздельно, структуры и функции белков и липидных бислоев на молекулярном/атомном уровне и часто дают доказательства по вопросам, на которые невозможно ответить другими способами. (Яванайнен и др., 2017). В настоящее время растущая вычислительная мощность и разработка эффективных крупнозернистых силовых полей для растущего числа молекул (Marrink et al. , 2007) позволяют моделировать более крупные и сложные системы в более длительных временных масштабах (вплоть до микромасштаба) (Duncan et al., 2017; Hsu et al., 2017), которые соответствуют масштабам MCS.

Таблица 1. Неполный список инструментов, используемых для изучения MCS на атомном/макромолекулярном уровне.

Исследование системы, тесно связанной с MCS, слияния мембран, опосредованного SNARE (растворимым рецептором белка прикрепления NFS), которое участвует, например, в строго регулируемом высвобождении нейротрансмиттеров в синапсах у животных (Chen and Scheller, 2001), доказывает потребность в междисциплинарных инструментах для понимания молекулярных операций и лежащих в их основе тонкостей.Синаптотагмин 1 животных (Syt1), связывающий белок, который обладает трансмембранным доменом и двумя доменами C2, является основным действующим лицом SNARE, поскольку он участвует в каждом этапе процесса высвобождения нейротрансмиттера. Например, роль PIP, PS и кальция в стыковке доменов Syt1 C2 с PM и мостиках мембран была выявлена ​​с помощью изотермической титрационной калориметрии (ITC), переноса энергии флуоресценции (FRET) и анализа осаждения везикул, ЯМР и компьютерного моделирования ( Лин и др. , 2014; Перес-Лара и др., 2016). Понимание причин и функции кольцевой олигомеризации Syt1 и роли тандемного взаимодействия доменов C2 было выполнено с использованием электронной микроскопии, кругового дихроизма, ITC, атомно-силовой микроскопии, флотации и анализа седиментации (Evans et al., 2016; Zanetti et al. др., 2016). Понимание природы комплексного взаимодействия Syt1-SNARE стало возможным в основном с помощью ЯМР и молекулярного моделирования и динамики (Brewer et al., 2015). Все эти методы позволили получить целостное представление о динамических молекулярных механизмах, происходящих на этом важном интерфейсе.Мы считаем, что использование аналогичных ресурсов для процессов, связанных с MCS, несомненно, принесет нам новое и оригинальное понимание этих своеобразных систем клеточной биологии.

Заключение

Еще многое предстоит сделать для понимания функции EPCS растений и молекулярных механизмов, участвующих в их динамике и регуляции. Важные вопросы касаются функции и роли компартментализации мембраны (липидные нанодомены, состав внутренних/внешних листочков, межпальцевые связи), молекулярных механизмов, связанных с механизмом привязки в MCS (идентичность привязок, эффект привязки в липидном переносе и сигнальных путях) и роль липидного окружения в определении МКС (регуляция, динамика). Однако увеличение технических ресурсов помогло понять кусочки головоломки, которую мы только сейчас начинаем собирать. Сложность, возникающая из-за невероятного разнообразия липидов и белков, а также из-за сложных взаимосвязей, которые их связывают, не делает задачу легко выполнимой. Биофизические свойства мембраны, обусловленные внутренней природой множества видов липидов и их взаимными взаимодействиями, влияют на рекрутирование и функцию белков, которые, в свою очередь, точно настраивают свою липидную среду.Ожидается, что эффекты этого цикла будут еще более переплетены внутри очень ограниченных сред, таких как MCS, и запутанность такова, что каждая молекула и каждое взаимодействие являются частью танца, что приводит к краткосрочным или долгосрочным последствиям для функции MCS.

Вклад авторов

JP сделал письмо, рисунок и таблицу. Ф.И. и Л.Л. вносили исправления и консультировали по содержанию рукописи. ЭБ руководил написанием и делал исправления и комментарии.

Финансирование

Эта работа была поддержана Национальным агентством исследований (Грант ANR-14-CE19-0006-01 для EB), Европейским исследовательским советом (ERC) в рамках исследовательской и инновационной программы Horizon 2020 Европейского Союза (Соглашение о гранте №. 772103-BRIDGING to EB), «Osez l’interdisciplinarité» Center National Recherche Scientifique to EB, Fonds National de la Recherche Scientifique (NEAMEMB PDR T.1003.14 и BRIDGING CDR J.0114.18 to LL). JP финансировался доктором философии. стипендия бельгийского «Формирования исследований в области промышленности и сельского хозяйства» (грант FRIA № 1.E.096.18).

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы благодарим Себастьяна Мондгранда за его критику и комментарии во время редактирования этого обзора.

Сноски

  1. http://cgmartini.nl/

Каталожные номера

Аймон, С., Каллан-Джонс, А., Берто, А., Пино, М., Тумбес, Г.Е.С., и Бассеро, П. (2014). Форма мембраны модулирует трансмембранное распределение белка. Дев. Ячейка 28, 212–218. doi: 10.1016/j.devcel.2013.12.012

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Баукина С., Ингольфссон, Х.И., Марринк, С.Дж., и Тилеман, Д.П. (2018). Индуцированная искривлением сортировка липидов в нити плазматической мембраны. Биофиз. Дж. 1:1800034. doi: 10.1002/adts.201800034

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Barbosa, ICR, Shikata, H., Zourelidou, M., Heilmann, M., Heilmann, I., and Schwechheimer, C. (2016). Фосфолипидный состав и полиосновный мотив определяют полярную ассоциацию D6 PROTEIN KINASE с плазматической мембраной и тропные реакции. Разработка 143, 4687–4700. doi: 10.1242/dev.137117

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Basyn, F., Charloteaux, B., Thomas, A., и Brasseur, R. (2001). Предсказание ориентации мембранных белков в липидных бислоях: теоретический подход. Дж. Мол. График Модель. 20, 235–244. дои: 10.1016/S1093-3263(01)00114-0

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Байер, Э. М., Спаркс, И., Ваннесте, С.и Росадо, А. (2017). От формирующих органелл до сигнальных платформ: новые функции участков контакта ER-PM растений. Курс. мнение биол. растений 40, 89–96. doi: 10.1016/j.pbi.2017.08.006

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Биан, X., Сахеки, Ю., и Де Камилли, П. (2018). Ca2+ высвобождает аутоингибирование E-Syt1, чтобы соединить связывание ER-плазматической мембраны с транспортом липидов. EMBO J. 37, 219–234. doi: 10.15252/embj.201797359

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Бигей, Дж.и Антони Б. (2012). Кривизна, липидная упаковка и электростатика мембранных органелл: определение клеточных территорий при определении специфичности. Дев. Мобильный 23, 886–895. doi: 10.1016/j.devcel. 2012.10.009

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Билкова Э., Плескот Р., Риссанен С., Сун С., Чогалла А., Цвиклик Л. и соавт. (2017). Кальций напрямую регулирует конформацию и распознавание головной группы фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата. Дж. Ам. хим. соц. 139, 4019–4024. doi: 10.1021/jacs.6b11760

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Brault, M., Petit, J.D., Immel, F., Nicolas, W.J., Brocard, L., Gaston, A., et al. (2018). Множественные домены C2 и белки трансмембранной области (MCTP) связывают мембраны на плазмодесмах. bioRxiv [Препринт]. дои: 10.1101/423905

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Брюэр, К. Д., Бачай, Т., Кавалли, А., Camilloni, C., Swarbrick, J.D., Liu, J., et al. (2015). Режим динамического связывания комплекса Synaptotagmin-1-SNARE в растворе. Нац. Структура Мол. биол. 22, 555–564. doi: 10.1038/nsmb. 3035

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Брункард, Дж. О., Рункель, А. М., и Замбрыски, П. К. (2015). Цитозоль должен течь: межклеточный транспорт через плазмодесмы. Курс. мнение Клеточная биол. 35, 13–20. doi: 10.1016/j.ceb.2015.03.003

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Брункард, Дж.О. и Замбрыски, П. К. (2017). Плазмодесмы обеспечивают многоклеточность: новый взгляд на их эволюцию, биогенез и функции в развитии и иммунитете. Курс. мнение биол. растений 35, 76–83. doi: 10.1016/j.pbi.2016.11.007

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Cacas, J.-L., Buré, C., Grosjean, K., Gerbeau-Pissot, P., Lherminier, J., Rombouts, Y., et al. (2016). Пересмотр липидов плазматической мембраны растений в табаке: акцент на сфинголипиды. Завод Физиол. 170, 367–384. doi: 10.1104/pp.15.00564

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Кальвез, П. , Демерс, Э., Буасселье, Э., и Салес, К. (2011). Анализ вклада монослоев насыщенных и полиненасыщенных фосфолипидов в связывание белков. Ленгмюр 27, 1373–1379. дои: 10.1021/la104097n

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Чен, X., Яо, Q., Гао, X., Jiang, C., Harberd, N.P., and Fu, X. (2016a). Мобильный транскрипционный фактор HY5 координирует поглощение растениями углерода и азота. Курс. биол. 26, 640–646. doi: 10.1016/j.cub.2015.12.066

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Чен, Ю. А., и Шеллер, Р. Х. (2001). SNARE-опосредованное слияние мембран. Природа 2, 98–106.

Академия Google

Чоудхари, В., Голани, Г., Джоши, А.С., Коттье, С., Schneiter, R., Prinz, W.A., et al. (2018). Архитектура липидных капель в эндоплазматическом ретикулуме определяется внутренней кривизной фосфолипидов. Курс. биол. 28:915-926.e9. doi: 10.1016/j.cub.2018. 02.020

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Чанг, Дж., Торта, Ф., Масаи, К., Лукаст, Л., Чапла, Х., Таннер, Л.Б., и соавт. (2015). Контртранспорт PI4P/фосфатидилсерина в контактах ER с плазматической мембраной, опосредованных ORP5 и ORP8. Наука 349, 428–432.doi: 10.1126/science.aab1370

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Кольядо, Дж., и Фернандес-Буснадиего, Р. (2017). Расшифровка молекулярной архитектуры мест контакта мембран с помощью криоэлектронной томографии. Биохим. Биофиз. Акта Мол. Сотовый рез. 1864, 1507–1512. doi: 10.1016/j.bbamcr.2017.03.009

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Cui, H., Lyman, E., and Voth, G.A. (2011). Механизм восприятия кривизны мембраны белками, содержащими амфипатическую спираль. Биофиз. Дж. 100, 1271–1279. doi: 10.1016/j.bpj.2011.01.036

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Деле, М. , Кроует, Дж. М., Насир, М. Н., и Линс, Л. (2014). Дополнительные биофизические инструменты для исследования специфичности липидов при взаимодействии биоактивных молекул с плазматической мембраной: обзор. Биохим. Биофиз. Акта Биомембр. 1838, 3171–3190. doi: 10.1016/j.bbamem.2014.08.023

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Диао, Дж., Liu, R., Rong, Y., Zhao, M., Zhang, J., Lai, Y., et al. (2015). ATG14 способствует закреплению мембраны и слиянию аутофагосом с эндолизосомами. Природа 520, 563–566. doi: 10.1038/nature14147

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Doosti, B.A., Pezeshkian, W., Bruhn, D.S., Ipsen, J.H., Khandelia, H., Jeffries, G.D.M., et al. (2017). Мембранные тубуляции в липидных везикулах, вызванные местным применением ионов кальция. Ленгмюр 33, 11010–11017.doi: 10.1021/acs.langmuir.7b01461

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Дункан, А. Л., Редди, Т., Колдсё, Х., Хели, Дж., Фаулер, П.В., Чавен, М., и другие. (2017). Сгущение белков и сложность липидов влияют на наноразмерную динамическую организацию ионных каналов в клеточных мембранах. Науч. Респ. 7:16647. doi: 10.1038/s41598-017-16865-6

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Иден, Э. Р., Уайт, И.Дж., Цапара А. и Футтер К.Э. (2010). Мембранные контакты между эндосомами и ER обеспечивают сайты для взаимодействия PTP1B-рецептор эпидермального фактора роста. Нац. Клеточная биол. 12, 267–272. дои: 10.1038/ncb2026

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Иман, М., Беркан, А., Дюфрен, Ю. Ф., Пако, М., Дюфур, С., и Делеу, М. (2006). Проникновение сурфактина в монослои фосфолипидов: наноразмерная межфазная организация. Ленгмюр 22, 11337–11345.doi: 10.1021/la061969p

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Айзенберг-Борд, М. , Шай, Н., Шульдинер, М., и Бонерт, М. (2016). Привязь есть привязь — это привязь: привязка в местах контакта с мембраной. Дев. Ячейка 39, 395–409. doi: 10.1016/j.devcel.2016.10.022

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Evans, C.S., He, Z., Bai, H., Lou, X., Jeggle, P., Sutton, R.B., et al. (2016). Функциональный анализ интерфейса между тандемными доменами C2 синаптотагмина-1. Мол. биол. Мобильный 27, 979–989. doi: 10.1091/mbc.E15-07-0503

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Фернандес-Кальвино Л., Фолкнер К., Уолшоу Дж., Заальбах Г., Бенитес-Альфонсо Ю. и Мауле А. (2011). Плазмодесмальный протеом арабидопсиса. PLoS One 6:e018880. doi: 10.1371/journal.pone.0018880

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Фудзимото М., Хаяши Т. и Су Т. П. (2011). Роль холестерина в ассоциации мембран эндоплазматического ретикулума с митохондриями. Биохим. Биофиз. Рез. коммун. 417, 635–639. doi: 10.1016/j.bbrc.2011.12.022

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Фурута К., Лихтенбергер Р. и Хелариутта Ю. (2012). Роль мобильных видов малых РНК в процессе роста и развития корней. Курс. мнение Клеточная биол. 24, 211–216. doi: 10.1016/j.ceb.2011.12.005

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Готье, Р., Бакл, А., Тиберти, М.Л., Фукс П.Ф., Ванни С. и Антонни Б. (2018). PackMem: универсальный инструмент для расчета и визуализации дефектов межфазной упаковки в липидных бислоях. Биофиз. J. 115, 436–444. doi: 10.1016/j.bpj.2018.06.025

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Генч, О., Дикман, Д.К., Ма, В., Тонг, А., Феттер, Р.Д., и Дэвис, Г.В. (2017). MCTP является резидентным кальциевым сенсором ER, который стабилизирует синаптическую передачу и гомеостатическую пластичность. eLife 6:e22904.doi: 10.7554/eLife.22904

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ghai, R., Du, X., Wang, H., Dong, J., Ferguson, C., Brown, A.J., et al. (2017). ORP5 и ORP8 связывают фосфатидилинозитол-4,5-бифосфат (PtdIns(4,5)P2) и регулируют его уровень на плазматической мембране. Нац. коммун. 8:757. doi: 10.1038/s41467-017-00861-5

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Гхай, Р., Фальконер, Р. Дж., и Коллинз, Б.М. (2012). Применение изотермической титрационной калориметрии в чистых и прикладных исследованиях Обзор литературы от 2010 г. J. Mol. Признать. 25, 32–52. doi: 10.1002/jmr.1167

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Грабер, З. Т., Ши, З., и Баумгарт, Т. (2017). Катионы вызывают ремоделирование формы отрицательно заряженных фосфолипидных мембран. Физ. хим. хим. физ. 19, 15285–15295. дои: 10.1039/c7cp00718c

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Гризон, М. С., Брокар Л., Фуйлен Л., Николя В., Вевер В., Дорманн П. и др. (2015). Специфический липидный состав мембран важен для функции плазмодесм у арабидопсиса. Растительная клетка 27, 1228–1250. doi: 10.1105/tpc.114.135731

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Gronnier, J., Crowet, J.-M., Habenstein, B., Nasir, M.N., Bayle, V., Hosy, E., et al. (2017). Структурная основа динамики и организации белков плазматической мембраны растений в функциональные нанодомены. eLife 6:e26404. doi: 10.7554/eLife.26404

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Гронье, Дж., Жербо-Писсо, П., Жермен, В., Монгран, С., и Симон-Плас, Ф. (2018). Разделяй и властвуй: организация плазматической мембраны растений. Trends Plant Sci. 23, 899–917. doi: 10.1016/j.tplants.2018.07.007

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Гронье, Дж., Жермен, В., Гуге, П. , Какас, Дж. Л., и Монгран, С.(2016). GIPC: гликозилинозитолфосфоцерамиды, основные сфинголипиды на Земле. Сигнал завода. Поведение 11:e1152438. дои: 10.1080/15592324.2016.1152438

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Грожан, К., Монгран, С., Бени, Л., Симон-Плас, Ф., и Жербо-Писсо, П. (2015). Дифференциальное влияние растительных липидов на особенности мембранной организации фитосфинголипидов и фитостеролов. Дж. Биол. хим. 290, 5810–5825. дои: 10.1074/jbc.M114.598805

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хадж, Ф.Г., Сабет, О., Кинхабвала, А., Виммер-Клейкамп, С., Рукос, В., Хан, Х.М., и соавт. (2012). Регуляция передачи сигналов в областях межклеточного контакта с помощью протеин-тирозинфосфатазы 1B, связанной с эндоплазматическим ретикулумом. PLoS One 7:e0036633. doi: 10.1371/journal.pone.0036633

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ханада, К. (2018). Белки-переносчики липидов регулируют потоки между органеллами и точно доставляют липиды в места контакта с мембраной. J. Lipid Res. 59, 1341–1366. doi: 10.1194/jlr.R085324

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хенрих Э., Лёр Ф., Павлик Г., Питц О., Дётч В., Моргнер Н. и др. (2018). Преобразование липидов с помощью бесклеточно синтезированной фосфолипидной метилтрансферазы opi3 в определенных нанодисковых мембранах поддерживает механизм in trans. Биохимия 57, 5780–5784. doi: 10.1021/acs.biochem.8b00807

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Химшут, Э., Плескот Р., Ван Дамм Д. и Ваннесте С. (2017). Плюсы и минусы Ca2+ в транспортировке эндомембран растений. Курс. мнение биол. растений 40, 131–137. doi: 10.1016/j.pbi.2017.09.003

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хсу, П. К., Самсудин, Ф., Ширер, Дж. , и Халид, С. (2017). Это сложно: кривизна, диффузия и сортировка липидов внутри двух мембран Escherichia coli . J. Phys. хим. лат. 8, 5513–5518.doi: 10.1021/acs.jpclett.7b02432

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хастер, Д. (2014). ЯМР-спектроскопия твердого тела для изучения белково-липидных взаимодействий. Биохим. Биофиз. Акта Мол. Клеточная биол. Липиды 1841, 1146–1160. doi: 10.1016/j.bbalip.2013.12.002

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Идевалл-Хагрен, О., Лю, А., Се, Б., и Де Камилли, П. (2015). Инициированный приток Ca2+ необходим для продолжительного индуцированного синаптотагмином 1 связывания ER-плазматической мембраны. EMBO J. 34, 2291–2305. doi: 10.15252/embj.201591565

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Джексон, К.Л., Уолч, Л., и Вербаватц, Дж. (2016). Липиды и их торговля: неотъемлемая часть клеточной организации. Дев. Ячейка 39, 139–153. doi: 10.1016/j.devcel.2016.09.030

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Джейн, А., и Холтуис, Дж. К. М. (2017). Места контакта с мембранами, древние и центральные узлы клеточной логистики липидов. Биохим. Биофиз. Акта Мол. Сотовый рез. 1864, 1450–1458. doi: 10.1016/j.bbamcr.2017.05.017

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Джоши А.С., Небенфюр Б., Чоудхари В., Сатпуте-Кришнан П., Левин Т.П., Голден А. и др. (2018). Биогенез липидных капель и пероксисом происходит в одних и тех же субдоменах ER. Нац. коммун. 9:2940. doi: 10.1038/s41467-018-05277-3

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ким И., Cho, E., Crawford, K., Hempel, F.D., and Zambryski, P.C. (2005). Межклеточное перемещение GFP во время эмбриогенеза и раннего развития проростков арабидопсиса. ПНАС 102, 2227–2231. doi: 10. 1073/pnas.0409193102

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Кранер, М.Е., Мюллер, К., и Сонневальд, У. (2017). Сравнительное протеомное профилирование мутанта, подобного транспортеру холина1 (CHER1), дает представление о составе плазмодесм полностью развитых листьев Arabidopsis thaliana . Завод J. 92, 696–709. doi: 10.1111/tpj.13702

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Lees, J.A., Messa, M., Sun, E.W., Wheeler, H., Torta, F., Wenk, M.R., et al. (2017). Транспорт липидов с помощью TMEM24 на контактах ER-плазматической мембраны регулирует пульсирующую секрецию инсулина. Наука 355:eaah6171. doi: 10.1126/science.aah6171

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Лейон Ф., Мельцер М., Чжоу К., Шривастава, В., и Булоне, В. (2018). Протеомный анализ плазмодесм суспензионных культур клеток тополя в связи с биосинтезом каллозы. Фронт. Растениевод. 9:1681. doi: 10.3389/fpls.2018.01681

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Левенталь, К.Р., Лорент, Дж.Х., Лин, X., Скинкл, А.Д., Сурма, М.А., Стокенбойер, Э.А., и соавт. (2016). Полиненасыщенные липиды регулируют стабильность мембранных доменов, настраивая порядок мембран. Биофиз.Дж. 110, 1800–1810. doi: 10.1016/j.bpj.2016.03.012

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Лин, К.С., Сейковски, Дж., Перес-Лара, А., Ян, Р., Хёбартнер, К., и Уолла, П.Дж. (2014). Контроль межмембранных промежутков синаптотагмином-Ca2+, измеренный с помощью новой линейки межмембранных расстояний. Нац. коммун. 5:5859. doi: 10.1038/ncomms6859

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Линс, Л., Шарлото, Б., Томас, А.и Брассер, Р. (2001). Компьютерное исследование белковых фрагментов, дестабилизирующих липиды: к всестороннему взгляду на наклонные пептиды. Структура белков. Функц. Жене. 44, 435–447. doi: 10.1002/прот.1109

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Лорент, Дж. Х., Диас-Рорер, Б., Лин, X., Спринг, К., Горф, А. А., Левенталь, К. Р., и соавт. (2017). Структурные детерминанты и функциональные последствия белкового сродства к мембранным рафтам. Нац.коммун. 8, 1219. doi: 10.1038/s41467-017-01328-3

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Манфорд, А. Г., Стефан, С. Дж., Юань, Х. Л., Макгурн, Дж. А., и Эмр, С. Д. (2012). Белки, связывающие ER с плазматической мембраной, регулируют клеточную передачу сигналов и морфологию er. Дев. Мобильный 23, 11:29–11:40. doi: 10.1016/j.devcel.2012.11.004

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Марринк С.Дж., Рисселада Х.Дж., Ефимов С., Тилеман, Д. П., и Де Врис, А. Х. (2007). Силовое поле мартини: крупнозернистая модель для биомолекулярного моделирования. J. Phys. хим. В 111, 7812–7824. дои: 10.1021/jp071097f

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Мека, Дж., Массони-лапорт, А., Мартинес, Д., Сарторель, Э., Локе, А., и Маккаскер, Д. (2018). Установление полярности, обусловленное авидностью, посредством взаимодействия мультивалентного липида с модулем ГТФазы. EMBO J. 38:e99652. дои: 10.15252/наб.201899652

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Месмин Б., Бигай Дж., Мозер фон Филсек Дж., Лакас-Жерве С., Дрин Г. и Антонни Б. (2013). Четырехступенчатый цикл, управляемый гидролизом PI(4)P, управляет обменом стерола/PI(4)P с помощью связи ER-Golgi OSBP. Сотовый 155, 830–843. doi: 10.1016/j.cell.2013.09.056

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Милованович Д., Хонигманн А., Койке С., Гёттферт Ф., Pähler, G., Junius, M., et al. (2015). Гидрофобное несоответствие распределяет белки SNARE по отдельным мембранным доменам. Нац. коммун. 6:5984. дои: 10.1038/ncomms6984

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Мозер фон Филсек, Дж., и Дрин, Г. (2016). Бег в гору: как создать клеточные градиенты липидов с помощью встречных потоков липидов. Биохимия 130, 115–121. doi: 10.1016/j.biochi.2016.08.001

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Николас, В.J., Grison, M.S., Trépout, S., Gaston, A., Fouché, M., Cordelières, F.P., et al. (2017). Архитектура и проницаемость постцитокинезных плазмодесм без цитоплазматических рукавов. Нац. Растения 3, 17802. doi: 10.1038/nplants.2017.82

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Перес-Лара,А, Тапа, А., Ниенхуис, С.Б., Ниенхуис, Д.А., Гальдер, П., Титцель, М., и др. (2016). PtdInsP2 и PtdSer совместно захватывают синаптотагмин-1 на плазматической мембране в присутствии кальция. eLife 5:e15886. doi: 10. 7554/eLife.15886

Реферат PubMed | Полнотекстовая перекрестная ссылка

Перес-Санчо, Дж., Шапире, А.Л., Ботелла, М.А., и Росадо, А. (2016). «Анализ белково-липидных взаимодействий с использованием очищенных доменов C2», в Methods in Molecular Biology. Трансдукция сигналов растений: методы и протоколы , редакторы JR Botella и MA Botella (Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer), 175–187.

Реферат PubMed | Академия Google

Перес-Санчо, Х., Vanneste, S., Lee, E., Mcfarlane, H.E., Esteban del Valle, A., Valpuesta, V., et al. (2015). Синаптотагмин1 арабидопсиса обогащен в местах контакта эндоплазматического ретикулума с плазматической мембраной и придает клеточной устойчивости к механическим воздействиям 1 [OPEN]. Завод Физиол. 168, 132–143. doi: 10.1104/pp.15.00260

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Петкович, М., Джемайель, А., Дасте, Ф., Шпехт, К.Г., Изеддин, И., Воркель, Д., и соавт. (2014). SNARE Sec22b выполняет нефузогенную функцию при расширении плазматической мембраны. Нац. Клеточная биол. 16, 434–444. дои: 10.1038/ncb2937

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Platre, M.P., Noack, L.C., Doumane, M., Bayle, V., Simon, M.L.A., Maneta-Peyret, L., et al. (2018). Комбинаторный липидный код формирует электростатический ландшафт эндомембран растений. Дев. Ячейка 45, 465–480. doi: 10.1016/j.devcel.2018.04.011

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Прево, К., Чжао Х., Манци Дж., Лемичес Э., Лаппалайнен П., Каллан-Джонс А. и соавт. (2015). IRSp53 ощущает отрицательную кривизну мембраны и фазовое разделение вдоль мембранных канальцев. Нац. коммун. 6:8529. doi: 10.1038/ncomms9529

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Quon, E., Sere, Y.Y., Chauhan, N., Johansen, J., Sullivan, D.P., Dittman, J.S., et al. (2018). Сайты контактов эндоплазматического ретикулума и плазматической мембраны интегрируют регуляцию стеринов и фосфолипидов. PLoS Биол. 16:e2003864. doi: 10.1371/journal.pbio.2003864

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Raghupathy, R., Anilkumar, A.A., Polley, A., Singh, P.P., Yadav, M., Johnson, C., et al. (2015). Трансбислойные взаимодействия липидов опосредуют нанокластеризацию белков, заякоренных в липидах. Сотовый 161, 581–594. doi: 10.1016/j.cell.2015.03.048

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Рамакришнан, Н., Брэдли Р.П., Турдо Р.В. и Радхакришнан Р. (2018). Биофизика ремоделирования кривизны мембран на молекулярном и мезоскопическом масштабах. J. Phys. Конденс. Материя 30:273001. дои: 10.1088/1361-648X/aac702

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Rutschow, HL, Baskin, T.I., and Kramer, E.M. (2011). Регуляция потока растворенных веществ через плазмодесмы в меристеме корня. Завод Физиол. 155, 1817–1826 гг. doi: 10.1104/стр.110.168187

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Сен-Жан, М., Де Дельфосс, В., Дуге, Д., Чиканн, Г., Пайрастр, Б., Бурге, В., и др. (2011). Osh5p обменивает стеролы на фосфатидилинозитол-4-фосфат между липидными бислоями. J. Cell Biol. 195, 965–978. doi: 10.1083/jcb.201104062

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Салмон, М.С., и Байер, Э.М.Ф. (2013). Рассечение молекулярного состава плазмодесм методом протеомики на основе масс-спектрометрии. Фронт. Растениевод. 3:307. doi: 10.3389/fpls.2012.00307

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Schapire, A.L., Voigt, B., Jasik, J., Rosado, A., Lopez-Cobollo, R., Menzel, D., et al. (2008). Синаптотагмин 1 арабидопсиса необходим для поддержания целостности плазматической мембраны и жизнеспособности клеток. Растительная клетка 20, 3374–3388. doi: 10.1105/tpc.108.063859

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Со, Дж.Б., Юнг С.Р., Хуанг В., Чжан К. и Кох Д.С. (2015). Экранирование заряда PIP2 катионами регулирует ферментативную активность фосфолипазы C. PLoS One 10:e0144432. doi: 10.1371/journal.pone.0144432

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Сезгин Э., Левенталь И., Майор С. и Эггелинг К. (2017). Тайна организации мембран: состав, регуляция и роль липидных рафтов. Нац. Преподобный Мол. Клеточная биол. 18, 361–374.doi: 10.1038/nrm.2017.16

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Саймон, М.Л.А., Платр, М.П., ​​Маркес-Буэно, М.М., Арменго, Л., Станислас, Т., Бейль, В., и др. (2016). Электростатическое поле, управляемое PtdIns(4)P, контролирует идентичность клеточной мембраны и передачу сигналов у растений. Нац. Растения 2:16089. doi: 10.1038/NPLANTS.2016.89

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Симунович, М., Вот, Г. А., Каллан-Джонс, А.и Бассеро, П. (2015). Когда физика берет верх: стержневые белки и кривизна мембраны. Trends Cell Biol. 25, 780–792. doi: 10.1016/j.tcb.2015.09.005

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Страль, Х., Ронно, С., Гонсалес, Б.С., Клуч, Д., Шаффнер-Барберо, К., и Хамоен, Л.В. (2015). Трансмембранная сортировка белков, обусловленная кривизной мембраны. Нац. коммун. 6:8728. doi: 10.1038/ncomms9728

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Тилснер, Дж., Николя В., Росадо А. и Байер Э. М. (2016). Оставаться на месте: места контакта с плазмодесмальной мембраной и контроль связи между клетками у растений. год. Преподобный завод биол. 67, 337–364. doi: 10.1146/annurev-arplant-043015-111840

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Тонг, Дж. , Маник, М.К., и Им, Ю.Дж. (2018). Структурная основа распознавания стеролов и невезикулярного транспорта белками-переносчиками липидов, закрепленными в местах контакта с мембраной. Проц. Натл. акад. науч. США 115, E856–E865. doi: 10.1073/pnas.1719709115

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Tripathy, M., Iyer, S.S., and Srivastava, A. (2018). Молекулярное происхождение пространственно-временной неоднородности в биомембранах с сосуществующими жидкими фазами: понимание топологических перестроек и дефектов упаковки липидов. Доп. биомембрана Самосборка липидов 28, 87–114. doi: 10.1016/bs.abl.2018.06.001

Полнотекстовая перекрестная ссылка

Ванни, С., Vamparys, L., Gautier, R., Drin, G., Etchebest, C., Fuchs, P.F.J., et al. (2013). Сенсорные мотивы амфипатической упаковки липидов: зондирование дефектов бислоя гидрофобными остатками. Биофиз. J. 104, 575–584. doi: 10.1016/j.bpj.2012.11.3837

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Вайнер, М. Д., и Фейгенсон, Г. В. (2018). Присутствие и роль холестерина срединной плоскости в липидных бислоях, содержащих зарегистрированные или незарегистрированные фазовые домены. Дж.физ. хим. В 122, 8193–8200. doi: 10.1021/acs.jpcb.8b03949

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Вонг, Л. Х., Гатта, А. Т., и Левин, Т. П. (2018). Белки-переносчики липидов: коммутируют липиды через челноки, мосты и трубки. Нац. Преподобный Мол. Клеточная биол. 20, 85–101. doi: 10.1038/s41580-018-0071-5

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ву, Х.М., Лин, Ю.Х., Йен, Т.С., и Се, К.Л. (2016).Наноскопические субструктуры плотоподобных жидкоупорядоченных мембранных доменов, обнаруженные с помощью высокоскоростного отслеживания одиночных частиц. Науч. Реп. 6:20542. дои: 10.1038/srep20542

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ямаджи Т., Кумагаи К. , Томисиге Н. и Ханада К. (2008). Два белка переноса сфинголипидов, CERT и FAPP2: их роль в метаболизме сфинголипидов. IUBMB Life 60, 511–518. doi: 10.1002/iub.83

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ямамото, Э., Калли, А.С., Ясуока, К., и Сансом, М.С.П. (2016). Взаимодействие доменов гомологии плекстрина с мембранами: добавление бислоя с помощью высокопроизводительной молекулярной динамики. Структура. Дес. 24, 1421–1431. doi: 10.1016/j.str.2016.06.002

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Zanetti, M.N., Bello, O.D., Wang, J., Coleman, J., Cai, Y., Sindelar, C.V., et al. (2016). Кольцеобразные олигомеры синаптотагминов и родственных белков домена С2. eLife 5:e17262. doi: 10.7554/eLife.17262

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Zhou, Q., Zhou, P., Wang, A.L., Wu, D., Zhao, M., Südhof, T.C., et al. (2017). Примированный комплекс SNARE-комплексин-синаптотагмин для экзоцитоза нейронов. Природа 548, 420–425. doi: 10.1038/nature23484

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Углеводы, белки и жиры. Нарушения питания

Белки состоят из единиц, называемых аминокислотами, соединенных вместе в сложные образования.Поскольку белки представляют собой сложные молекулы, организму требуется больше времени для их расщепления. В результате они являются гораздо более медленным и продолжительным источником энергии, чем углеводы.

Существует 20 аминокислот. Тело синтезирует некоторые из них из внутренних компонентов, но не может синтезировать 9 аминокислот, называемых незаменимыми аминокислотами. Их необходимо употреблять в пищу. Всем необходимы 8 из этих аминокислот: изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан и валин.Младенцам также нужен 9-й, гистидин.

Процент белка, который организм может использовать для синтеза незаменимых аминокислот, варьируется от белка к белку. Организм может использовать 100% белка яйца и высокий процент белка молока и мяса. Организм может использовать чуть меньше половины белка, содержащегося в большинстве овощей и злаков.

Организму необходим белок для поддержания и замены тканей, а также для функционирования и роста. Белок обычно не используется для получения энергии. Однако, если организм не получает достаточно калорий из других питательных веществ или из жира, хранящегося в организме, белок расщепляется на кетоновые тела, которые используются для получения энергии.Если потребляется больше белка, чем необходимо, организм расщепляет белок и откладывает его компоненты в виде жира.

В организме содержится большое количество белка. Белок, основной строительный материал в организме, является основным компонентом большинства клеток. Например, мышцы, соединительные ткани и кожа состоят из белка.

Взрослым необходимо съедать около 60 граммов белка в день (0,8 грамма на килограмм веса или 10–15% от общего количества калорий). Взрослым, которые пытаются нарастить мышечную массу, нужно немного больше. Детям также нужно больше, потому что они растут. Людям, которые ограничивают калории, чтобы похудеть, обычно требуется большее количество белка, чтобы предотвратить потерю мышечной массы во время похудения. Пожилым людям может потребоваться более высокий уровень белка до 1,2 г/кг массы тела. Однако это количество является чрезмерным и потенциально вредным при определенных состояниях, таких как почечная недостаточность и почечная недостаточность. Исследования также показывают, что белок более насыщает (помогает людям чувствовать себя сытыми дольше), чем углеводы и жиры.

Функции липидов, углеводов, нуклеиновых кислот и белков

Жареный кусок стейка на разделочной доске.

Изображение предоставлено: pilipphoto/iStock/Getty Images

Для выживания клеткам человеческого тела требуется много соединений. Основные вещества, содержащиеся в каждой клетке, представляют собой комбинацию липидов, углеводов, нуклеиновых кислот и белков. Каждое из этих веществ играет различную роль в организме, и все они должны либо поступать с пищей, либо производиться с использованием других химических веществ в организме.

Функция липидов в организме

Липиды, также известные как жиры, играют в организме множество функций. Жиры расщепляются в пищеварительном тракте с образованием отдельных жирных кислот и молекул холестерина. Жирные кислоты и холестерин являются ключевыми компонентами мембран, окружающих все клетки. Холестерин также может быть использован для производства многих других соединений в организме, таких как стероидные гормоны. Наконец, жирные кислоты представляют собой важный источник энергии, особенно для целей длительного хранения.

Углеводы как энергия

Углеводы являются предпочтительным источником энергии для большинства тканей организма, включая нервную систему и сердце. Углеводы из рациона превращаются в глюкозу, которую можно либо сразу использовать в качестве источника энергии, либо запасать в виде гликогена. Однако организм не может переварить все углеводы в рационе; неперевариваемые углеводы, также известные как клетчатка, проходят через кишечник и помогают поддерживать нормальное пищеварение.

Нуклеиновые кислоты для хранения информации

Нуклеиновые кислоты состоят из трех различных типов молекул, соединенных вместе: сахара, молекулы фосфата и другой молекулы, содержащей азот, называемой азотистым основанием. Основная роль нуклеиновых кислот заключается в хранении информации, которая используется для создания белков. Нуклеиновые кислоты бывают двух основных форм: дезоксирибонуклеиновые кислоты, также известные как ДНК, и рибонуклеиновые кислоты, также известные как РНК. Основная функция ДНК — хранить генетическую информацию, необходимую клеткам организма для функционирования.РНК, с другой стороны, играет важную роль в преобразовании информации из ДНК в белки.

Белки как рабочие лошадки тела

Белки — это большие и довольно сложные молекулы, которые выполняют большую часть работы, происходящей в клетках. Они также необходимы для поддержания структуры клеток и имеют решающее значение для функционирования и регулирования всех тканей организма. Организм использует информацию, хранящуюся в ДНК, для создания белков, состоящих из субъединиц, называемых аминокислотами.Ферменты, которые помогают ускорить химические реакции в клетках, представляют собой особый тип белка. Белок также играет решающую роль в поддержании мышечной ткани, так как мышечная ткань содержит большое количество белка. Чтобы мышцы увеличивались в размерах и силе, необходимо производить больше белка для расширения мышечных волокон.

Структура и функция

Макромолекулярная структура определяет функцию и регуляцию

Учащиеся должны уметь объяснять и применять основные понятия структуры и функции макромолекул, включая природу биологических макромолекул, их взаимодействие с водой, взаимосвязь между структурой и функцией и часто встречающиеся механизмы регуляции их функции.

Приведенные ниже цели обучения подразделяются на начальные A, средние B и высшие C.

1. Биологические макромолекулы большие и сложные

Макромолекулы состоят из основных молекулярных единиц. К ним относятся белки (полимеры аминокислот), нуклеиновые кислоты (полимеры нуклеотидов), углеводы (полимеры сахаров) и липиды (с различными модульными составляющими). Биосинтез и деградация биологических макромолекул включают линейную полимеризацию, этапы распада (белки, нуклеиновые кислоты и липиды), а также могут включать разветвление/расщепление (углеводы).В этих процессах могут участвовать многобелковые комплексы (например, рибосомы, протеасомы) со сложной регуляцией.

Связанные цели обучения
  • Учащиеся должны уметь обсуждать разнообразие и сложность различных биологически значимых макромолекул и макромолекулярных ансамблей с точки зрения их эволюционной пригодности. А
  • Учащиеся должны уметь описывать основные звенья макромолекул и типы связей между ними. А
  • Учащиеся должны уметь сравнивать и противопоставлять процессы биосинтеза основных типов макромолекул (белков, нуклеиновых кислот и углеводов).Б
  • Учащиеся должны уметь сравнивать и противопоставлять процессы, связанные с деградацией основных типов макромолекул (белков, нуклеиновых кислот и углеводов). B
  • Учащиеся должны понимать, что белки состоят из доменов, и уметь обсуждать, как в результате дупликации первичного гена возникают белковые семейства. С

2. Структура определяется несколькими факторами

Ковалентные и нековалентные связи управляют трехмерными структурами белков и нуклеиновых кислот, которые влияют на их функции.Аминокислотные последовательности, наблюдаемые в природе, тщательно отобраны по биологическим функциям, но не обязательно имеют уникальную складчатую структуру. Структура (и, следовательно, функция) макромолекул регулируется основополагающими принципами химии, такими как: ковалентные связи и полярность, вращение и колебания связей, нековалентные взаимодействия, гидрофобный эффект и динамические аспекты молекулярной структуры. Последовательность (и, следовательно, структура и функция) белков и нуклеиновых кислот может быть изменена альтернативным сплайсингом, мутацией или химической модификацией.Последовательности (и, следовательно, структура и функция) макромолекул могут развиваться, создавая измененные или новые биологические активности.

Связанные цели обучения
  • Учащиеся должны уметь распознавать повторяющиеся звенья в биологических макромолекулах и обсуждать структурные последствия вовлеченных ковалентных и нековалентных взаимодействий. А
  • Учащиеся должны уметь обсуждать состав, эволюционные изменения и, следовательно, структурное разнообразие различных типов биологических макромолекул, обнаруженных в организмах.А
  • Учащиеся должны уметь обсуждать химические и физические взаимосвязи между составом и структурой макромолекул. А
  • Учащиеся должны уметь сравнивать и противопоставлять первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры белков и нуклеиновых кислот. Б
  • Учащиеся должны уметь использовать различные биоинформатические подходы для анализа первичной последовательности и структуры макромолекул. Б
  • Учащиеся должны уметь сравнивать и противопоставлять эффекты химической модификации конкретных аминокислот на трехмерную структуру белка. Б
  • Учащиеся должны уметь сравнивать и сопоставлять способы, которыми конкретная макромолекула может выполнять новые функции в результате эволюционных изменений. Б
  • Учащиеся должны уметь использовать различные биоинформатические и вычислительные подходы для сравнения первичных последовательностей и определения влияния сохранения и/или эволюционных изменений на структуру и функции макромолекул. С
  • Учащиеся должны уметь предсказывать влияние мутаций на активность, структуру или стабильность белка и планировать соответствующие эксперименты для оценки влияния мутаций.С
  • Учащиеся должны быть в состоянии предложить соответствующие химические или химические биологические подходы для изучения локализации и взаимодействия биологических макромолекул. С
  • Учащиеся должны уметь обсуждать, как мутации дуплицированного гена порождают функциональное разнообразие. С
  • Учащиеся должны уметь оценивать химический и энергетический вклад в соответствующие уровни структуры макромолекулы и предсказывать влияние конкретных изменений структуры на динамические свойства молекулы. С

3. Структура и функция взаимосвязаны

Макромолекулы взаимодействуют с другими молекулами с помощью различных нековалентных взаимодействий. Специфичность и сходство этих взаимодействий имеют решающее значение для биологической функции. Некоторые макромолекулы катализируют химические реакции или облегчают физические процессы (например, молекулярный транспорт), позволяя им протекать в условиях окружающей среды. Эти процессы можно количественно описать законами скорости и термодинамическими принципами (например,грамм. теория столкновений, теория переходных состояний, законы скорости и равновесия, влияние температуры и структуры и химической реактивности, закон Кулона, законы движения Ньютона, энергия и устойчивость, трение, диффузия, термодинамика и концепция случайности и вероятности).

Связанные цели обучения
  • Учащиеся должны уметь использовать механистические рассуждения, чтобы объяснить, как фермент или рибозим катализирует определенную реакцию. А
  • Учащиеся должны уметь обсуждать основы различных типов ферментативных механизмов.А
  • Учащиеся должны уметь рассчитывать ферментативные скорости, сравнивать эти скорости и связывать эти скорости с клеточным или организменным гомеостазом. Б
  • Учащиеся должны уметь обсуждать различные методы, которые можно использовать для определения аффинности и стехиометрии комплекса лиганд-макромолекула, и связывать результаты как с термодинамическими, так и с кинетическими данными. Б
  • Учащиеся должны уметь критически оценивать вклад в специфичность комплекса лиганд-макромолекула и планировать эксперименты как для оценки вклада в специфичность, так и для проверки гипотез о специфичности лиганда в комплексе.С
  • Учащиеся должны уметь прогнозировать биологические и химические эффекты мутаций или структурных изменений лигандов на аффинность связывания и планировать соответствующие эксперименты для проверки своих прогнозов. С

4. Макромолекулярные взаимодействия

Взаимодействия между макромолекулами и другими молекулами основаны на тех же слабых нековалентных взаимодействиях, которые играют главную роль в стабилизации трехмерных структур самих макромолекул. Заметны гидрофобный эффект, ионные взаимодействия и взаимодействия водородных связей. Структурная организация взаимодействующих химических групп в сайте связывания или активном центре придает этим взаимодействиям высокую степень специфичности. Специфичность и сходство этих взаимодействий имеют решающее значение для биологической функции.

Связанные цели обучения
  • Учащиеся должны уметь обсуждать влияние изменений специфичности или сродства на биологическую функцию и любое потенциальное влияние на эволюцию.А
  • Учащиеся должны уметь обсуждать различные методы, которые можно использовать для определения аффинности и стехиометрии комплекса лиганд-макромолекула, и связывать результаты как с термодинамическими, так и с кинетическими данными. Б
  • Учащиеся должны уметь обсуждать взаимодействия между различными биологическими молекулами (включая белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы и небольшие органические соединения и т. д.) и описывать, как эти взаимодействия влияют на специфичность или сродство, ведущие к изменениям биологической функции. Б
  • Учащиеся должны уметь предсказывать влияние мутации или структурных изменений лиганда на аффинность связывания и планировать соответствующие эксперименты для проверки своих предсказаний. С
  • Учащиеся должны уметь обсуждать взаимосвязь между температурой, необходимой для денатурации (Tm), и макромолекулярной структурой. С

5. Макромолекулярная структура динамична

Структура макромолекул динамична в широком диапазоне временных масштабов, и динамические структурные изменения, большие и малые, часто имеют решающее значение для биологической функции.Небольшие изменения могут происходить в форме локализованных молекулярных колебаний, которые могут облегчить доступ малых молекул к внутренним частям макромолекулы. Большие конформационные изменения могут проявляться в виде движений различных макромолекулярных доменов относительно друг друга для облегчения катализа или других форм работы. Белки могут содержать внутренне неструктурированные домены. Отсутствие структуры в растворе может облегчить функцию, при которой взаимодействия должны происходить беспорядочно с несколькими другими молекулами.Динамическая структура макромолекул допускает быстрые изменения, влияющие на гомеостаз биохимических и молекулярно-биологических процессов.

Связанные цели обучения
  • Учащиеся должны уметь обсуждать временные рамки различных конформационных эффектов в биологических макромолекулах А и планировать соответствующие эксперименты для изучения изменений конформации и динамики, вызванных лигандом. С
  • Учащиеся должны уметь обсуждать структурную основу динамических свойств макромолекул и предсказывать последствия изменений динамических свойств А, которые могут возникнуть в результате изменения первичной последовательности.С
  • Учащиеся должны быть в состоянии предсказать, является ли последовательность упорядоченной или неупорядоченной C, и обсудить потенциальную роль неупорядоченных участков белков. Б
  • Учащиеся должны уметь критически обсуждать доказательства роли динамики в функционировании макромолекул и против нее. С

6. Биологическая активность макромолекул часто регулируется

Биологическая активность макромолекул часто регулируется одним или несколькими иерархическими способами (например,грамм. ингибиторы, активаторы, модификаторы, синтез, деградация и компартментализация).

Связанные цели обучения
  • Учащиеся должны уметь сравнивать и противопоставлять различные механизмы регуляции функции макромолекулы, ферментативной реакции или метаболического пути. А
  • Учащиеся должны уметь обсуждать преимущества и недостатки аллостерического регулирования реакции. Б
  • Учащиеся должны уметь обсуждать примеры аллостерической регуляции, ковалентной регуляции и изменений на уровне генов макромолекулярной структуры-функции.Б
  • Студенты должны использовать экспериментальные данные для оценки типа регуляции в ответ на гомотропные или гетеротропные лиганды на макромолекуле. С
  • Учащиеся должны быть в состоянии разработать модель, объясняющую регулирование структуры и функции макромолекулы. С
  • Учащиеся должны уметь описать, как эволюция повлияла на регуляцию макромолекул и процессов. С
  • Учащиеся должны быть в состоянии описать, как изменения в клеточном гомеостазе влияют на сигнальные и регуляторные молекулы, а также на метаболические промежуточные продукты.С

7. Структура (и, следовательно, функция) макромолекул определяется фундаментальными принципами химии и физики

Структура (и, следовательно, функция) макромолекул определяется фундаментальными принципами химии (включая ковалентные связи и полярность, вращение и колебания связей, водородные связи и нековалентные взаимодействия, гидрофобный эффект, динамические аспекты молекулярной структуры, теорию столкновений). ; теория переходного состояния; законы скоростей и равновесия; эффекты температуры и структуры и химической реактивности) и физика (включая закон Кулона, законы движения Ньютона, энергия и стабильность, трение, диффузия, термодинамика и концепция случайности и вероятности) .

Связанные цели обучения
  • Учащиеся должны уметь связывать основные принципы законов скоростей и равновесий с реакциями и взаимодействиями и рассчитывать соответствующие термодинамические параметры для реакций и взаимодействий. А
  • Учащиеся должны быть в состоянии объяснить, как лиганд при введении в раствор, содержащий макромолекулу, с которой он может связываться, взаимодействует с макромолекулой. А
  • Учащиеся должны уметь объяснить, используя базовые принципы, влияние температуры на реакцию, катализируемую ферментами.Б
  • Учащиеся должны уметь обсуждать динамические свойства макромолекулы, используя фундаментальные принципы физики. Б

8. Различные экспериментальные и вычислительные подходы могут использоваться для наблюдения и количественного измерения структуры, динамики и функции биологических макромолекул

Для наблюдения и количественного измерения структуры, динамики и функции биологических макромолекул можно использовать различные экспериментальные и вычислительные подходы. Уравнения можно вывести из моделей и использовать для прогнозирования результатов или анализа данных. Данные могут быть проанализированы статистически для оценки правильности модели и надежности данных.

Связанные цели обучения
  • Учащиеся должны быть в состоянии предложить схему очистки для конкретной молекулы в смеси с учетом биофизических свойств различных молекул в смеси. Б
  • Учащиеся должны уметь либо предлагать эксперименты, позволяющие определить четвертичную структуру молекулы, либо уметь интерпретировать данные, относящиеся к третичной и четвертичной структуре молекул.Б
  • Учащиеся должны быть в состоянии объяснить, как вычислительные подходы могут быть использованы для изучения взаимодействий белок-лиганд, и обсудить, как результаты таких вычислений могут быть исследованы экспериментально. С
  • Учащиеся должны быть в состоянии сравнить и сопоставить вычислительные подходы, доступные для предложения трехмерной структуры макромолекулы, и обсудить, как предложенная структура может быть подтверждена экспериментально. С
  • Учащиеся должны уметь анализировать кинетические данные или данные связывания, чтобы получить соответствующие параметры и оценить достоверность модели, используемой для описания явления.С

Специальный выпуск: Модуляция структуры и функции белков с помощью липидов

Редактор специального выпуска

Доктор Авиа Розенхаус-Дантскер
Электронная почта Веб-сайт
Приглашенный редактор

Химический факультет, Иллинойский университет в Чикаго, Чикаго, Иллинойс 60607, США
Интересы: взаимосвязь структура-функция в белках; белок-липидные взаимодействия; липидная модуляция функции белка; модуляция функции ионных каналов; предсердные и нейрональные управляемые G-белком калиевые каналы, выпрямляющие внутрь; холестерин; фосфоинозитиды; жирные кислоты

Информация о специальном выпуске

Уважаемые коллеги,

С момента введения Сингером и Николсоном в 1972 г. жидкостно-мозаичной модели структуры клеточной мембраны наше понимание роли липидов в клеточных функциях значительно изменилось. Благодаря знаниям, полученным с развитием технологий, стало ясно, что липиды — это не просто пассивные объекты, которые свободно диффундируют внутри мембранных бислоев, но также играют ключевую роль в модуляции функции белка. Было показано, что липиды, такие как фосфоинозитиды, стеролы и жирные кислоты, влияют на функцию растущего числа белков (например, рецепторов, связанных с G-белком, ионных каналов, транспортеров и т. д.). Липиды оказывают свое влияние на белки с помощью различных механизмов, таких как модулирование структуры, функции и динамики белков; стимулирование олигомеризации белка; и опосредование белок-белковых взаимодействий в мембране.В результате липиды стали играть центральную роль в различных болезненных процессах и, следовательно, в разработке лекарств, где липидно-регулируемые белки являются потенциальными мишенями для лекарств. Цель этого специального выпуска — предоставить обзор современного понимания влияния липидов на структуру и функцию белков, а также представить новые разработки в этой области. Приветствуются как оригинальные статьи, так и обзоры по этой теме.

Д-р Авиа Розенхаус-Дантскер
Приглашенный редактор

Информация о подаче рукописей

Рукописи должны быть представлены онлайн на сайте www.mdpi.com, зарегистрировавшись и войдя на этот сайт. После регистрации нажмите здесь, чтобы перейти к форме отправки. Рукописи можно подавать до указанного срока. Все материалы, прошедшие предварительную проверку, рецензируются экспертами. Принятые статьи будут постоянно публиковаться в журнале (как только они будут приняты) и будут перечислены вместе на веб-сайте специального выпуска. Приглашаются исследовательские статьи, обзорные статьи, а также короткие сообщения. Для планируемых статей в редакцию можно отправить название и краткую аннотацию (около 100 слов) для размещения на сайте.

Представленные рукописи не должны быть опубликованы ранее или находиться на рассмотрении для публикации в другом месте (за исключением материалов конференции). Все рукописи проходят тщательную рецензирование в рамках единого процесса слепого рецензирования. Руководство для авторов и другая необходимая информация для подачи рукописей доступны на странице Инструкции для авторов. International Journal of Molecular Sciences — международный рецензируемый журнал с открытым доступом, выходящий раз в полгода, публикуемый MDPI.

Перед отправкой рукописи посетите страницу Инструкции для авторов. За публикацию в этом журнале взимается плата за обработку статьи (APC). журнал открытого доступа. Подробнее о APC см. здесь. Представленные документы должны быть хорошо отформатированы и на хорошем английском языке. Авторы могут использовать MDPI Услуги редактирования на английском языке перед публикацией или во время авторских правок.

Ключевые слова

  • белковая модуляция липидами
  • фосфоинозитиды
  • холестерин
  • стерины
  • жирные кислоты
  • Рецепторы, связанные с G-белком
  • ионные каналы
  • транспортеры

Этот специальный выпуск открыт для публикации.

Функции белков и липидов: Белки, жиры, углеводы. Справка — РИА Новости, 23.08.2010

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.