Реконструкция мембранных белков. Функциональная активность бактериородопсина в протеолипосомах

Кристаллизация бактериородопсина в липидной кубической фазе уже однажды позволила вырастить пригодные для снятия структуры кристаллы, которые не удавалось вырастить методом insurfo. Это говорит о перспективности метода inmeso для решения такого рода задач. Таким образом, бактериородопсин является не только модельным белком во многих исследованиях, но сам является важным объектом для исследования биоэнергетики клетки.На данный момент наиболее полной работой, исследующей теоретические аспекты кристаллизации белков в липидной кубической фазе, является [18]. В ней рассматривается предположение о том, что в основе механизма кристаллизации лежит то, что белки в липидной фазе сдвигаются так, чтобы минимизировать энергию упругой деформации близлежащего к ним бислоя. Встраивание мембранного белка в сильно искривлённый липидный бислой сопровождается обнажением гидрофобных частей на границе между липидом и белком. Нахождение гидрофобных частей в водной среде энергетически не выгодно, поэтому происходит сжатие, или утолщение близлежащего к белку мембранного бислоя. Белок также может приспосабливаться к липидному окружению, но мембранные белки гораздо менее сжимаемы. [20] Любая деформация поверхности связана с затратами энергии, которая зависит только от изменения кривизны поверхности. Авторы [18] показывают, что в липидной кубической фазе энергетически выгодно скапливаться в областях с минимальной гауссовой кривизной, т.е в плоских областях мембраны. Так как характерные размеры этих областей сопоставимы с размерами белка, то по мере накопления белков в некоторой области липидной мембраны она будет выпрямляться. Выпрямление липидного бислоя равносильно образованию ламеллярной фазы, энергетически привлекательной для кристаллизации. Исходя из этих предположений была построена теория кристаллизации белков в липидной кубической фазе. Любопытно, что исходя из этой модели характерное время нуклеации экспоненциально зависит от постоянной решётки.ЗаключениеМембранные белки обычно представлены в биологической мембране, и очень редко один вид белка присутствует в мембране в подавляющем количестве. Такое наблюдается в случае бактериродопсина (bR), который является наиболее распростран белком, представленным в пурпурных мембранах Halobacteriumsalinarium [2]. В этом случае достаточно обработки клеточной мембраны H. salinarium для получения высокого выхода белка. Другим примером является предоминантный мембранный транспортер в эритроцитах, который также был успешно изучен [3]. Большая часть мембранных белков, однако, не может быть так легко получена в достаточном количестве. Таким образом, получение высокого выхода функционального и стабильного белка является большой редкостью. Кроме того, белки млекопитающих, например рецепторы, сопряжённые с G-белком, также требуют посттрансляционных модификаций, которые на данный момент невозможно провести в клетках-хозяевах. Вторая трудность состоит в том, что мембранные белки естественно встроены в мозаичную структуру липидного бислоя, которая даже в самом простейшем организме является сложной, неоднородной и динамичной средой. Это ограничивает, (но не исключает) использования многих стандартных биохимических методов для определения структуры и функций, таких как ЯМР, рентгеновская кристаллография, кругового дихроизма, и методик, которые предполагают связывание лигандов, классические кинетические методы. Биофизические методы часто ограничены в применении, так как они требуют того, чтобы белок был извлечён из нативной мембраны и исследовался в детергенте, или липидном окружении invitro. Эти требования приводят к сложностям в приготовлении образца.Наконец, мембранные белки, как правило, нерастворимы в водном растворе. Мембранным белкам часто необходима среда, удовлетворяющая их высокой гидрофобности. Отсюда вытекает необходимость созданияспециальных искусственных систем для их изучения invitro. К сожалению, получение таких систем оказалось непростой задачей.Несмотря на большое количество проблем, связанных с природой мембранных белков, их исследование является очень важным из-за их роли в контроле основных биохимических процессов. Также надо учесть их важность, как целей лекарственных препаратов. Поэтому для их изучения invitro были разработаны специальные экспериментальные методы.Список литературыБолдырев А.А., Котелевцев С.В., Ланио М., Альварес К., Перес П. Введение в биомембранологию. М: Изд-во МГУ. 1990. 208 с.Геннис Р. Биомембраны: молекулярная структура и функции. М: Мир. 1997. 624 с.Гринштейн С.В., Никольская И.И., Клячко Н.Л., Левашов А.В., Кост О.А. // Биохимия. 1999. Т. 64. С. 686—696.Дергунов А.Д., Капрельянц А.С., Островский Д.Н. // Усп. биол. хим. 1984. Т. 25. С. 89—110.Елисеева Ю.E. // Биоорг. Химия. 1998. Т. 24. С. 262—270.Кабанов А.В., Левашов А.В., Мартинек К. // Вестн. Моск. Ун-та. 1986. Т. 27. С. 591—594.Клячко Н.Л., Левашов А.В., Пшежецкий А.В., Богданова Н.Г., Кабанов А.В., Березин И.В., Хмельницкий Ю.Л., Жаринова И.Н., Мартинек К. // Докл. АНСССР. 1986. Т. 289. С. 1266—1270.Клячко Н.И., Меркер Ш., ВакулаС.В., Иванов М.В., Березин И.В., Мартинек К., Левашов А.В. // Докл. АН СССР. 1988. Т. 298. С. 1479—1481.Клячко Н.Л., Пшежецкий А.В., Кабанов А.В., Вакула С.В., Мартинек К., Левашов А.В. // Биол.мембраны. 1990. Т. 7. С. 467—472.Костырева М.В. Сравнительное изучение систем гемостаза, фибринолиза и липидного спектра у больных острыми нарушениями мозкового кровообращения и дисциркуляторной энцефалопатией // Тромбоз, гемостаз, реология. – 2010. № 2. – С. 61–68. Курганов Б.И., Цетлин Л.Г., Малахова Э.А., Чеботарева Н.А., Ланкин В.З., Левашов А.В., Глебова Г.Д., Березовский В.М., Мартинек К., Березин И.В. // Докл. АН СССР. 1985. Т. 282. С. 1263—1267.Левашов А.В. // Итоги науки и тех& ники. Биотехнология. М: ВИНИ-ТИ. 1987. Т. 4. С. 112—158.Левашов А.В., Пантин В.И., Мартинек К., Березин И.В. // Докл.АН СССР. 1980. Т. 252. С. 133—136.Липкин В.М., Обухов А.Н. // Биол.мембраны. 1999. Т. 16. С. 135—158.Локшина Л.A. // Биоорг. химия. 1998. Т. 24. С. 323—331Пшежецкий А.В., Меркер Ш., Клячко Н.Л., Пепанян Г.С., Мартинек К., Левашов А.В. // Биохимия. 1988. Т. 53. С. 1013—1016.Ellsworth M.L., Ellis C.G., Goldman D. et al. // Physiology. 2009. V. 24. P.107-16. Sprague R.S., Ellsworth M.L. // Microcirculation. 2012. V. 19. P.430-9. Sikora J., Orlov S. N., Furuya K., Grygorczyk R. // Blood. 2014. V. 124. No 13. Р. 2150-7. Salomao M., Zhang X., Yang Y. et al. // PNAS 2008. V. 105. No 23. Р. 8026-31. Luneva O.G., Sidorenko S.V., Ponomarchuk O.O. et al. // Cell. Physiol. Biochem. 2016. V. 39. P. 81-8. Mairbaurl H., Ruppe F.A, Bartsch P. // Med. Sci. Sports Exerc. 2013. V. 10. P. 1941-7. Laemmli U.K. // Nature. 1970. V. 259. P. 680-5. 11. Kulak N.A., Pichler G., Paron I. et al. // Nat. methods. 2014. V. 11. P. 319-24. Cox J., Mann M. // Nat. biotechnology. 2008. V. 26. P. 1367-72. Cox J., Mann M. // Ann. Rev. Biochem. 2011. V. 80. P. 273-99.