Липиды у эукариот

Транспорт липидов у эукариот

3.3.2 Транспорт липидов у эукариот

Механизм распределения фосфолипидов в эукариотических клетках гораздо более сложен. Единственным фосфолипидом, который локализуется исключительно в месте своего синтеза, в митохондрии, является кардиолипин. Как показывают многочисленные эксперименты, внутриклеточный транспорт фосфолипидов осуществляется значительно быстрее, чем если бы он определялся самопроизвольной диффузией в водной среде.

Например, перенос новосинтезированного фосфолипида от эндоплазматического рети-кулума к митохондриям в клетках печени крысы происходит всего за несколько минут. Поскольку декарбоксилаза, катализирующая превращение фосфатидилсерина в фосфатидилэтаноламин, содержится в митохондриях, данные о скорости этой реакции могут использоваться для контроля за переносом фосфатидилсерина из эндоплазматического ретикулума в митохондрию. Показано, что скорость переноса весьма высока и процесс ингибируется азидом и агентами, блокирующими биоэнергетические реакции.

Обнаружено также, что новосинтезированный фосфолипид в течение нескольких минут транспортируется к плазматической мембране, хотя скорость переноса очень сильно зависит от самого липида и типа клетки. В некоторых случаях транспорт липидов блокируется ингибиторами биоэнергетических реакций (энергетическими ядами) и/или агентами, разрушающими цитоскелет. Общепринято, что скорость переноса липидов выше скорости диффузии.

Одним из способов, позволяющих облегчить перенос фосфолипидов между мембранами, является участие в этом процессе белков. Выделен целый ряд водорастворимых белков, участвующих в межмембранном переносе фосфолипидов in vitro. Все они имеют липидсвязывающие участки и образуют водорастворимые комплексы с фосфолипидами. Эти белки облегчают обмен липидов «один к одному» между мембранами путем переноса мономеров.

В одних случаях (например, для фосфатидилхолинспецифического белка переноса из печени быка) связывание липндов происходит с высокой специфичностью и сродством, в других сродство и специфичность относительно низки. В принципе при низком сродстве способность белка катализировать перенос липидов от одной мембраны к другой должна повышаться, поскольку белок при этом может возвращаться к донорной мембране, имея незанятый липидсвязывающнй участок. Белки, переносящие фосфолипиды, были выделены не только из животных клеток, но и из бактерий и клеток растений. Очищены белки, связывающиеся сгликолипидами и длинноцепочечными жирными кислотами,

К сожалению, функция белков, переносящих фосфолипиды, до сих пор не продемонстрирована in vivo, поэтому неясно, играют ли они физиологическую роль во внутриклеточном переносе фосфолнпидов. Не исключено, что этот перенос опосредуется везикулами, а возможно, функционируют оба механизма.

Важно понять, что так или иначе распределение фосфолипидов среди различных клеточных мембран детерминируется белками. Если распределение липидов равновесно, то оно определяется сродством белков, присутствующих в разных мембранах, к липидам. Смещение в распределении некоторых липидов из-за взаимодействия их с белками может влиять на распределение других липидов, например холестерола . Если распределение липидов неравновесно, то липидный состав разных мембран будет определяться скоростью транспортировки липидов к мембранам и от них, но и в этом случае кинетика процесса будет зависеть от участия в нем определенных белков.

3.4 Изменение состава липидов под действием условий внешней среды

Из всего сказанного ясно, что о механизме контроля липидного состава клеточных мембран известно очень мало. Одно из минимальных требований состоит в том, что мембранные липиды должны образовывать стабильный бислой, находящийся в жидкокристаллическом состоянии. Механизмы, обеспечивающие изменение липидного состава мембран в ответ на изменения условий окружающей среды, имеют многие организмы. Лучше всего изучен механизм тепловой адаптации Е. coli.

1. Тепловая адаптация Е. Coli.. При выращивании Е. coli в условиях низких температур наблюдается изменение жирнокислотного состава в сторону большего содержания ненасыщенных жирных кислот. Это способствует поддержанию мембраны в текучем состоянии и позволяет клеткам выжить при экстремальных температурах. Преобладающими остатками жирных кислот в Е. coli) являются пальмитоил (16:0), пальмитолеил (16:1) и цис-ваксеноил (18:1). При низких температурах в бислой включается больше дос-ваксеновой кислоты, а содержание пальмитолеиловой кислоты остается постоянным. Связано это с функционированием одного из двух ферментов, которые катализируют удлинение жнр-нокислотных цепей. При низких температурах фермент 3-кетоацил-АСР-синтаза II более активно превращает пальмитолеиловую кислоту в дос-ваксеновую, увеличивая пул ненасыщенных жнриых кислот, включаемых в фосфолипиды.

2. Адаптация к повышению давления. Жирнокнслотный состав барофильной морской бактерии NPT3 зависит от давления. При изменении давления в мембранах может также происходить фазовый переход, и эта адаптация, как и в предыдущем случае, позволяет организму выжить. При повышении давления содержание в мембранах ненасыщенных жирных кислот увеличивается, и благодаря особеиностям их упаковки мембрана остается в жидкокристаллическом состоянии. Аналогичные результаты были получены при изучении фосфолипидов митохондрий из клеток печени глубоководных океанических рыб.

Клетки эукариот содержат много мембранных органелл и множество различных внутриклеточных мембран, каждая из которых обладает уникальным белковым и липидным составом. Любой мембранный белок, информация о синтезе которого заключена в ядре, должен безошибочно доставляться от места синтеза на риоо-соме, находящейся в цитоплазме, к месту назначения. Для этого используется сложная система сигнальных последовательностей, содержащихся в любой зрелой форме полипептида или предшественника, а также рецепторы внутри клетки, способные эти сигналы распознавать. Некоторые мембранные белки включаются в липидный бислой самопроизвольно, но в большинстве случаев правильная сборка белка внутри клеточной мембраны является энергозависимым процессом, который осуществляется с помощью специализированного аппарата. По-видимому, белки не могут включиться в клеточную мембрану до тех пор, пока они не приобретут частично развернутую конформацию. Разворачивание белков или поддержание их в развернутой конформацин, необходимой для переноса, возможно, осуществляются при участии АТР и специфических белков в цитоплазме.

Читайте также:  Влияние витамина в6 на холестерин

В эукариотической клетке большинство липидов синтезируется в эндоплазматическом ретикулуме, и чтобы попасть к месту назначения, они должны пройти через соответствующие мембраны. Механизм транспорта липидов неизвестен, можно лишь предположить, что в нем участвуют везикулы и белки, связывающие липиды. Способ поддержания липидного состава различных внутриклеточных мембран тоже не установлен.

1.Р. Геннис «Биомембраны, молекулярная структура и функции» Москва «Мир» 1997 г.

2.В.К. Рубальченко «Структура и функции мембран» Киев 1988г.

3. Болдырев А.А. Лекции по биохимии мембран.

4. Финдлей Дж. Биохимия мембран. Методы. «Мир » 1990г.

Источник: www.kazedu.kz

Липиды у эукариот

Остановимся вначале на переносе фосфолипидов в случае грамотрицательных бактерий. Это относительно простая система, поскольку в ней имеются только две мембраны. Фосфолипиды синтезируются в плазматической мембране и должны транспортироваться в наружную мембрану. Имеются данные о том, что между этими мембранами осуществляется быстрый обмен липидами. Так, фосфатидилэтаноламин достигает наружной мембраны за характерное время – 3 мин. В этом процессе не участвуют белки, липиды или АТР, и каким-то образом зависит от протондвижущей силы. Липиды, внедрившиеся в наружную мембрану, могут также быстро перемещаться к внутренней мембране; это относится даже к фосфатидилхолину, который в норме не обнаруживается в Е. coli. Таким образом, процесс, по-видимому, не является специфическим. Тем не менее у мутантиого штамма с дефектной диацилглнцеролкиназой диацилглицерол накапливается в плазматической мембране и к наружной мембране не транспортируется.

Механизм липидного обмена между этими двумя мембранами неизвестен, но обычно полагают, что внутренняя и наружная мембраны имеют места соединения или области адгезии. По-видимому, именно через эти участки и происходит диффузия липидов. Здесь же могут концентрироваться белки, экспортируемые к наружной мембране.

Транспорт липидов у эукариот

Механизм распределения фосфолипидов в эукариотических клетках гораздо более сложен. Единственным фосфолипидом, который локализуется исключительно в месте своего синтеза, в митохондрии, является кардиолипин. Как показывают многочисленные эксперименты, внутриклеточный транспорт фосфолипидов осуществляется значительно быстрее, чем если бы он определялся самопроизвольной диффузией в водной среде.

Например, перенос новосинтезированного фосфолипида от эндоплазматического рети-кулума к митохондриям в клетках печени крысы происходит всего за несколько минут. Поскольку декарбоксилаза, катализирующая превращение фосфатидилсерина в фосфатидилэтаноламин, содержится в митохондриях, данные о скорости этой реакции могут использоваться для контроля за переносом фосфатидилсерина из эндоплазматического ретикулума в митохондрию. Показано, что скорость переноса весьма высока и процесс ингибируется азидом и агентами, блокирующими биоэнергетические реакции.

Обнаружено также, что новосинтезированный фосфолипид в течение нескольких минут транспортируется к плазматической мембране, хотя скорость переноса очень сильно зависит от самого липида и типа клетки. В некоторых случаях транспорт липидов блокируется ингибиторами биоэнергетических реакций (энергетическими ядами) и/или агентами, разрушающими цитоскелет. Общепринято, что скорость переноса липидов выше скорости диффузии.

Одним из способов, позволяющих облегчить перенос фосфолипидов между мембранами, является участие в этом процессе белков. Выделен целый ряд водорастворимых белков, участвующих в межмембранном переносе фосфолипидов in vitro. Все они имеют липидсвязывающие участки и образуют водорастворимые комплексы с фосфолипидами. Эти белки облегчают обмен липидов «один к одному» между мембранами путем переноса мономеров.

В одних случаях (например, для фосфатидилхолинспецифического белка переноса из печени быка) связывание липндов происходит с высокой специфичностью и сродством, в других сродство и специфичность относительно низки. В принципе при низком сродстве способность белка катализировать перенос липидов от одной мембраны к другой должна повышаться, поскольку белок при этом может возвращаться к донорной мембране, имея незанятый липидсвязывающнй участок. Белки, переносящие фосфолипиды, были выделены не только из животных клеток, но и из бактерий и клеток растений. Очищены белки, связывающиеся сгликолипидами и длинноцепочечными жирными кислотами,

К сожалению, функция белков, переносящих фосфолипиды, до сих пор не продемонстрирована in vivo, поэтому неясно, играют ли они физиологическую роль во внутриклеточном переносе фосфолнпидов. Не исключено, что этот перенос опосредуется везикулами, а возможно, функционируют оба механизма.

Важно понять, что так или иначе распределение фосфолипидов среди различных клеточных мембран детерминируется белками. Если распределение липидов равновесно, то оно определяется сродством белков, присутствующих в разных мембранах, к липидам. Смещение в распределении некоторых липидов из-за взаимодействия их с белками может влиять на распределение других липидов, например холестерола . Если распределение липидов неравновесно, то липидный состав разных мембран будет определяться скоростью транспортировки липидов к мембранам и от них, но и в этом случае кинетика процесса будет зависеть от участия в нем определенных белков.

Читайте также:  От каких фруктов уменьшает холестерин

Изменение состава липидов под действием условий внешней среды

Из всего сказанного ясно, что о механизме контроля липидного состава клеточных мембран известно очень мало. Одно из минимальных требований состоит в том, что мембранные липиды должны образовывать стабильный бислой, находящийся в жидкокристаллическом состоянии. Механизмы, обеспечивающие изменение липидного состава мембран в ответ на изменения условий окружающей среды, имеют многие организмы. Лучше всего изучен механизм тепловой адаптации Е. coli.

1. Тепловая адаптация Е. Coli.. При выращивании Е. coli в условиях низких температур наблюдается изменение жирнокислотного состава в сторону большего содержания ненасыщенных жирных кислот. Это способствует поддержанию мембраны в текучем состоянии и позволяет клеткам выжить при экстремальных температурах. Преобладающими остатками жирных кислот в Е. coli) являются пальмитоил (16:0), пальмитолеил (16:1) и цис-ваксеноил (18:1). При низких температурах в бислой включается больше дос-ваксеновой кислоты, а содержание пальмитолеиловой кислоты остается постоянным. Связано это с функционированием одного из двух ферментов, которые катализируют удлинение жнр-нокислотных цепей. При низких температурах фермент 3-кетоацил-АСР-синтаза II более активно превращает пальмитолеиловую кислоту в дос-ваксеновую, увеличивая пул ненасыщенных жнриых кислот, включаемых в фосфолипиды.

2. Адаптация к повышению давления. Жирнокнслотный состав барофильной морской бактерии NPT3 зависит от давления. При изменении давления в мембранах может также происходить фазовый переход, и эта адаптация, как и в предыдущем случае, позволяет организму выжить. При повышении давления содержание в мембранах ненасыщенных жирных кислот увеличивается, и благодаря особеиностям их упаковки мембрана остается в жидкокристаллическом состоянии. Аналогичные результаты были получены при изучении фосфолипидов митохондрий из клеток печени глубоководных океанических рыб.

Источник: studbooks.net

Эукариотическая клетка

Происхождение

Существует три теории происхождения эукариот:

  • симбиогенез;
  • инвагинагенез;
  • химерная теория.

Согласно симбиотической теории происхождения эукариоты возникли путём поглощения прокариот более крупными прокариотами. Этим объясняется нахождение наполовину автономных органелл (содержат ДНК) – митохондрий и пластид.

Инвагинационная теория предполагает, что эукариоты возникли путём впячивания мембраны внутрь прокариотической клетки. Из отделившихся пузырьков сформировались различные органеллы.

Химерное образование эукариот – слияние нескольких прокариот. Слившиеся клетки обменивались генетической информацией.

Мембрана

Снаружи находится плазматическая мембрана эукариотической клетки или плазмалемма, которая осуществляет выборочную взаимосвязь органелл с внешней средой. Поверхностная мембрана имеет жидко-мозаичную структуру, образованную:

  • двумя слоями липидов (внешним и внутренним);
  • белками (60 % мембраны).

Липиды имеют гидрофильные головки и гидрофобные хвостики, которые обращены внутрь мембраны. Липиды плотно прилегают друг к другу, что обеспечивает мембране эластичность. Жёсткость придаёт встроенный в хвостики холестерин. Липиды защищают и ограничивают клетку.

Белки могут находиться на поверхности мембраны или быть интегрированными в неё.

Рис. 1. Строение плазмалеммы.

Клетки растений сверху окружены жёсткой целлюлозной стенкой. У животных клеток поверхностный слой называется гликокаликсом, в состав которого входят углеводы, белки и жиры.

Органеллы

Структурно-функциональная организация растительной и животной клеток гомологична, т.е. похожа. Однако клетки отличаются специфичными органеллами.

Рис. 2. Строение клеток животных и растений.

Основные компоненты эукариотической клетки и их описание представлены в таблице.

Органоиды

Строение

Функции

Состоит из двух мембран, имеющих поры. Внутри находится вязкая нуклеоплазма, состоящая из нуклеиновых кислот, хроматина (содержит белки, ДНК, РНК), белков, воды

Контролирует все клеточные процессы. Хранит и передаёт наследственную информацию

Эндоплазматическая сеть (ЭПС)

Образована внешней ядерной мембраной. На поверхности могут находиться рибосомы (шероховатая ЭПС)

Синтезирует липиды и углеводы. Нейтрализует яды

Немембранная структура, состоящая из двух частей – субъединиц. В состав каждой части входит белок и рибосомальная РНК

Осуществляет все этапы биосинтеза белка – инициацию, элонгацию, терминацию

Комплекс (аппарат) Гольджи

Мембранная органелла, состоящая из стопок – цистерн, заполненных ферментами. Взаимосвязан с ЭПС

Модифицирует органические вещества, производит ферменты, гормоны, лизосомы

Одномембранная органелла, характерная для животных клеток. Заполнена ферментами. В растительных клетках встречается редко и в небольших количествах

Переваривает жидкие и твёрдые частицы, попадающие в клетку при метаболизме

Состоит из двух мембран. Внешняя гладкая, внутренняя образует складки – кристы. Внутри заполнена вязким веществом – матриксом, в котором находятся белки и митохондриальная ДНК

Осуществляет синтез АТФ в ходе клеточного дыхания

Клеточный центр (центросома)

Характерен только для животной клетки. Состоит из двух белковых центриолей – материнской и дочерней

Материнская центриоль производит микротрубочки, образующие веретено деления

Читайте также:  Квадратичный весовой показатель у человека составляет

Специфичные органеллы растительной клетки. Бывают трёх видов. Заполнены гелеобразной белковой жидкостью – стромой, в которой находится собственная ДНК

– Хлоропласты содержат хлорофилл и осуществляют фотосинтез;

– хромопласты содержат яркие пигменты, окрашивающие цветки и плоды;

– лейкопласты накапливают питательные вещества

Присутствует только в растениях. Образуется с помощью ЭПС и комплекса Гольджи. Состоит из тонкой мембраны, под которой находятся запасы питательных веществ, ферменты. Занимает 90 % всей клетки

Поддерживает тургор (внутреннее давление), водно-солевой баланс

Все органеллы располагаются в цитоплазме – вязком веществе, состоящем из жидкости – гиалоплазмы (цитозоли). Также в неё входят клеточные включения (капли жира, зёрна крахмала) и цитоскелет, состоящий из микротрубочек и осуществляющий клеточное движение. Благодаря движению происходит обмен веществ между органеллами и с внешней средой.

Деление

Основным способом деления эукариот является митоз. Это непрямое деление клетки, включающее две стадии:

  • кариокинез– распределение ядерного содержимого между двумя клетками;
  • цитокинез– разделение органелл между дочерними клетками.

Деление начинается с удвоения центросомы и распада ядерной мембраны. Из хроматина образуются хромосомы, которые выстраиваются на клеточном экваторе. Прикреплённые микротрубочки веретена деления оттягивают части хромосом в разные стороны, где вокруг них образуется новая ядерная оболочка. Затем распределяются органеллы.

Клетки животных разделяются перетяжкой. У растительных клеток формируется перегородка.

Что мы узнали?

Кратко узнали из темы цитологии о строении и функциях эукариот. Ядерные клетки растений и животных схожи по строению, но имеют специфичные органеллы. В растительной клетке содержатся пластиды и вакуоль. Клетки растений сверху покрывает целлюлозная оболочка, а животных – гликокаликс. В отличие от растений клетки животных содержат центросомы, участвующие в делении.

Источник: obrazovaka.ru

Липиды у эукариот

На рис.5 представлена более сложная суммарная схема биосинтеза фосфолипидов в эукариотических клетках. Синтез жирных кислот происходит как в эндоплазматическом ретикулуме, так и в митохондриях. В качестве субстрата используется ацил-СоА, поскольку животные клетки не содержат эквивалента белку — переносчику ацила. Большинство ферментов, участвующих в биосинтезе фосфолипидов, локализовано на цитоплазматической стороне мембраны эндоплазматического ретикулума, но есть и исключения. В эукариотических клетках, как и в Е. coli, синтез фосфатидилглицерола и карднолипина может осуществляться через промежуточное образование CDP-диацилглицерола.

Однако ферменты, необходимые для этого, содержатся во внутренней мембране митохондрий, и эти фосфолипиды обнаруживаются только в митохондриях. Низшие эукариоты (например, дрожжи) тоже могут синтезировать фосфатидилсерин с помощью механизма, используемого Е. coli, но соответствующий фермент обнаружен как в эндоплазматическом ретикулуме, так и в митохондриях. В дрожжах на долю фосфатидилсерина приходится только около 5% всех фосфолипидов, но он является предшественником фосфатидилэтаноламина и фосфатидилхолина.

Эукариоты, в том числе и дрожжи, могут синтезировать фосфа-тидилэтаноламин и фосфатидилхолин в ходе реакции с участием 1,2-днацилглицерола (рис. 5).

Это основной путь синтеза фосфолипидов в животных клетках. Затем специальные ферменты, находящиеся в эидоплазматическом ретикулуме высших эукариот (но ие дрожжей), катализируют реакцию обмена полярных головок, в результате чего образуется фосфатидилсерин. Эта реакция необходима высшим эукариотам для получения фосфатидилсерииа. После образования в эидоплазматическом ретикулуме фосфатидилсерин декарбоксилируется (по крайней мере в некоторых клетках) до фосфатидилэтаноламина. Фермент, катализирующий эту реакцию, фосфатидилсериндекарбоксилаза, находится в митохондриях. Следовательно, фосфатидилсерин может быть главным предшественником фосфатидилэтаноламина в клетке.

Для осуществления этой последовательности реакций должен происходить перенос липидов между эндоплазматическим ретикулумом и митохондрией. Фосфатидилэтаноламин может превращаться в фосфати-дилхолин с помощью одной или двух метилаз, содержащихся в эн-доплазматическом ретикулуме, но этот путь обычно не является главным.

Двумя липидными компонентами, которые локализуются в основном в плазматической мембране, являются сфингомиелин и холестерол. По-видимому, сфннгомиелин образуется в некоторых клетках путем переноса фосфатидилхолиновой группы от фосфати-дилхолина на церамид с помощью какого-то фермента, присутствующего в плазматической мембране. Напротив, несмотря на то, что холестерол концентрируется в основном в плазматической мембране, он синтезируется при участии ферментов, содержащихся в гладком эндоплазматическом ретикулуме и, возможно, в пероксисомах.

Рис.5. Синтез липидов у эукариот

Интересное на сайте:

Генетика и эволюционная теория
Разработанная Дарвином эволюционная теория основывается на трех основных, факторах: изменчивости, наследственности и естественном отборе. Главное значение как материал для отбора имеет, по Дарвину, неопределенная, ненаправленная наследств .

Реликтовое излучение Гамова
В 1965 г. американские радиоинженеры А. Пензиас и Р. Вилсон, испытывая новый радиотелескоп с рупорной антенной, неожиданно зарегистрировали космическое излучение, интенсивность которого не зависела от направления и которое нельзя было при .

Протеинкиназа С
Уже отмечалось, что протеинкиназы, как и сопряженные с ними G-белки, имеют различную преимущественную локализацию в клетках нервной ткани. Так, аденилатциклаза и протеинкиназа С присутствуют в высоких концентрациях в мозжечке, но С-киназа .

Источник: www.biovedia.ru