Каковы основные физико химические свойства клетки: Химические свойства клетки

Содержание

Химические свойства клетки — Школьные Знания.com

Все живые организмы состоят из клеток. Организм человека тоже имеет клеточное строение, благодаря которому возможен его рост, размножение и развитиеОрганизм человека состоит из огромного числа клеток разной формы и размеров, которые зависят от выполняемой функции. Изучением строения и функций клеток занимается цитологияКаждая клетка покрыта состоящей из нескольких слоев молекул мембраной, которая обеспечивает избирательную проницаемость веществ. Под мембраной в клетке находится вязкое полужидкое вещество – цитоплазма с органоидамиМетохондрии – энергетические станции клетки, рибосомы – место образования белка, эндоплазматическая сеть, выполняющая функцию транспортировки веществ, ядро – место хранения наследственной информации, внутри ядра – ядрышко. В нем образуется рибонуклеиновая кислота. Возле ядра расположен клеточный центр, необходимый при делении клеткиКлетки человека состоят из органических и неорганических веществНеорганические вещества:Вода – составляет 80% массы клетки, растворяет вещества, участвует в химических реакциях;Минеральные соли в виде ионов – участвуют в распределении воды между клетками и межклеточным веществом. Они необходимы для синтеза жизненно важных органических веществОрганические вещества:Белки – основные вещества клетки, самые сложные из встречающихся в природе веществ. Белки входят в состав мембран, ядра, органоидов, выполняют в клетке структурную функцию. Ферменты – белки, ускорители реакции;Жиры – выполняют энергетическую функцию, они входят в состав мембран;Углеводы – также при расщеплении образуют большое количество энергии, хорошо растворимы в воде и поэтому при их расщеплении энергия образуется очень быстроНуклеиновые кислоты – ДНК и РНК, они определяют, хранят и передают наследственную информацию о составе белков клетки от родителей к потомствуКлетки человеческого организма обладают рядом жизненно важных свойств и выполняют определенные функции:В клетках идет обмен веществ, сопровождающийся синтезом и распадом органических соединений; обмен веществ сопровождается превращением энергии;Когда в клетке образуются вещества, она растет, рост клеток связан с увеличением их числа, это связано с размножением путем деления;Живые клетки обладают возбудимостью;Одна из характерных особенностей клетки – движениеКлетке человеческого организма присущи следующие жизненные свойства: обмен веществ, рост, размножение и возбудимость. На основе этих функций осуществляется функционирование целого организма

15. Физико-химические свойства гиалоплазмы. Ее значение в жизнедеятельности клетки.

Гиалоплазма (основная плазма, матрикс цитоплазмы) — основная внутренняя среда клетки, она занимает все пространство между мембранами эндоплазматической сети, органеллами, всевозможными включениями и другими структурами. Гиалоплазма (от греч. Ьуа1оэ — стекло) под электронным микроскопом имеет вид гомогенной или мелкозернистой массы с низкой электронной плотностью. В ней во взвешенном состоянии, находятся рибосомы, микротельца, микротрубочки и различные продукты метаболизма…

Физико-химические свойства гиалоплазмы обусловлены ее коллоидным характером. Они определяются наличием в ней множества частиц, в совокупности образующих огромную поверхность взаимодействия со средой, что обеспечивает прохождение разнообразных физико-химических процессов. Благодаря силе поверхностного натяжения, возникающей на микроскопическом комочке гиалоплазмы, осуществляется процесс адсорбции— концентрации одного вещества на поверхности другого. В зависимости от увеличения, даваемого микроскопом, гиалоплазма представляется гомогенной или зернистой, гранулированной. Размер гранул близок к размеру макромолекул

16. Что такое органеллы? Какова их роль в клетке? Классификация органелл.

Органеллы — постоянные внутриклеточные структуры, имеющие определенное строение и выполняющие соответствующие функции. Органеллы делятся на две группы: мембранные и немембранные. Мембранные органеллы представлены двумя вариантами: двумембранным

и одномембранным. Двумембранными компонентами являются пластиды, митохондрии и клеточное ядро. К одномембранным относятся органеллы вакуолярной системы — эндоплазматический рети-кулум, комплекс Гольджи, лизосомы, вакуоли растительных и грибных клеток, пульсирующие вакуоли и др. К немембранным органеллам принадлежат рибосомы и клеточный центр, постоянно присутствующие в клетке. Выраженность элементов цитоскелета (постоянного компонента клетки) может значительно меняться в течение клеточного цикла — от полного исчезновения одного компонента (например, цитоплазматических трубочек во время деления клетки) до появления новых структур (веретена деления).

Общим свойством мембранных органелл является то, что все они построены из липопротеидных пленок (биологических мембран), замыкающихся сами на себя так, что образуются замкнутые полости, или отсеки. Внутреннее содержимое этих отсеков всегда отличается от гиалоплазмы.

Двумембранные органеллы. К двумебранным органеллам относятся пластиды и митохондрии. Пластиды —характерные органеллы клеток автотрофных эукариотических организмов. Их окраска, форма и размеры весьма разнообразны. Различают хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.

17. Мембранные органеллы. Митохондрии, их структура и функции.

Митохондрии — это органеллы размером с бактерию (около 1 х 2 мкм). Они найдены в большом количестве почти во всех эукариотических клетках. Обычно в клетке содержится около 2000 митохондрий, общий объем которых составляет до 25% от общего объема клетки. Митохондрия ограничена двумя мембранами — гладкой внешней и складчатой внутренней, имеющей очень большую поверхность. Складки внутренней мембраны глубоко входят в матрикс митохондрий, образуя поперечный перегородки — кристы. Пространство между внешней и внутренней мембранами обычно называют межмембранным пространством.

Мембраны митохондрий содержат интегральные мембранные белки. Во внешнюю мембрану входят

порины, которые образуют поры и делают мембраны проницаемыми для веществ с молекулярной массой до 10 кДа. Внутренняя же мембрана митохондрий непроницаема для большинства молекул; исключение составляют О₂, СО₂, Н₂0. Внутренняя мембрана митохондрий характеризуется необычно высоким содержанием белков (75%). В их число входят транспортные белки-переносчики, ферменты, компоненты дыхательной цепи и АТФ-синтаза. Кроме того, в ней содержится необычный фосфолипид кардиолипин. Матрикс также обогащен белками, особенно ферментами цитратного цикла.

Главной функцией митохондрий является захват богатых энергией субстратов (жирные кислоты, пируват, углеродный скелет аминокислот) из цитоплазмы и их окислительное расщепление с образованием СО₂ и Н₂О, сопряженное с синтезом АТФ.

1. Обеспечивают клетку энергией. Энергия освобождается при распаде аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ)

2. Синтез АТФ осуществляется ферментами на мембранах митохондрий

Общий анализ мокроты

Мокрота – отделяемый из легких и дыхательных путей (трахеи и бронхов) патологический секрет. Общий анализ мокроты – лабораторное исследование, которое позволяет оценить характер, общие свойства и микроскопические особенности мокроты и дает представление о патологическом процессе в дыхательных органах.

Синонимы русские

Клинический анализ мокроты.

Синонимы английские

Sputum analysis.

Метод исследования

Микроскопия.

Единицы измерения

Мг/дл (миллиграмм на децилитр).

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Мокроту.

Как правильно подготовиться к исследованию?

Рекомендуется употребить большой объем жидкости (воды) за 8-12 часов до сбора мокроты.

Общая информация об исследовании

Мокрота – это патологический секрет легких и дыхательных путей (бронхов, трахеи, гортани), который отделяется при откашливании. У здоровых людей мокрота не выделяется. В норме железы крупных бронхов и трахеи постоянно образовывают секрет в количестве до 100 мл/сут., который проглатывается при выделении. Трахеобронхиальный секрет представляет собой слизь, в состав которой входят гликопротеины, иммуноглобулины, бактерицидные белки, клеточные элементы (макрофаги, лимфоциты, слущенные клетки эпителия бронхов) и некоторые другие вещества. Данный секрет обладает бактерицидным эффектом, способствует выведению вдыхаемых мелких частиц и очищению бронхов. При заболеваниях трахеи, бронхов и легких усиливается образование слизи, которая отхаркивается в виде мокроты. У курильщиков без признаков заболеваний органов дыхания также обильно выделяется мокрота.

Клинический анализ мокроты является лабораторным исследованием, которое позволяет оценить характер, общие свойства и микроскопические особенности мокроты. На основании данного анализа судят о воспалительном процессе в органах дыхания, а в некоторых случаях ставят диагноз.

При клиническом исследовании мокроты анализируются такие показатели, как количество мокроты, ее цвет, запах, характер, консистенция, наличие примесей, клеточный состав, количество волокон, определяется присутствие микроорганизмов (бактерий, грибов), а также паразитов.

Мокрота по составу неоднородна. Она может содержать слизь, гной, серозную жидкость, кровь, фибрин, причем одновременное присутствие всех этих элементов не обязательно. Гной образуют скопления лейкоцитов, возникающие в месте воспалительного процесса. Воспалительный экссудат выделяется в виде серозной жидкости. Кровь в мокроте появляется при изменениях стенок легочных капилляров или повреждениях сосудов. Состав и связанные с ним свойства мокроты зависят от характера патологического процесса в органах дыхания.

Микроскопический анализ дает возможность под многократным увеличением рассмотреть присутствие различных форменных элементов в мокроте. Если микроскопическое исследование не выявило наличия патогенных микроорганизмов, это не исключает присутствия инфекции. Поэтому при подозрении на бактериальную инфекцию одновременно рекомендуется выполнять бактериологическое исследование мокроты с определением чувствительности возбудителей к антибиотикам.

Материал для анализа собирается в стерильный одноразовый контейнер. Пациенту необходимо помнить, что для исследования нужна мокрота, выделенная при откашливании, а не слюна и слизь из носоглотки. Собирать мокроту нужно утром до приема пищи, после тщательного полоскания рта и горла, чистки зубов.

Результаты анализа должны оцениваться врачом в комплексе с учетом клиники заболевания, данных осмотра и результатов других лабораторных и инструментальных методов исследования.

Для чего используется исследование?

Для диагностики патологического процесса в легких и дыхательных путях;

для оценки характера патологического процесса в дыхательных органах;
для динамического наблюдения за состоянием дыхательных путей пациентов с хроническими заболеваниями органов дыхания;
для оценки эффективности проводимой терапии.

Когда назначается исследование?

Что означают результаты?

Референсные значения

Количество мокроты при разных патологических процессах может составлять от нескольких миллилитров до двух литров в сутки.

Незначительное количество мокроты отделяется при:

острых бронхитах,
пневмониях,
застойных явлениях в легких, в начале приступа бронхиальной астмы.

Большое количество мокроты может выделяться при:

отеке легких,
нагноительных процессах в легких (при абсцессе, бронхоэктатической болезни, гангрене легкого, при туберкулезном процессе, сопровождающемся распадом ткани).

По изменению количества мокроты иногда можно оценить динамику воспалительного процесса.

Цвет мокроты

Чаще мокрота бесцветная.

Зеленый оттенок может свидетельствовать о присоединении гнойного воспаления.

Различные оттенки красного указывают на примесь свежей крови, а ржавый – на следы распада эритроцитов.

Ярко-желтая мокрота наблюдается при скоплении большого количества эозинофилов (например, при бронхиальной астме).

Черноватая или сероватая мокрота содержит угольную пыль и наблюдается при пневмокониозах и у курильщиков.

Мокроту могут окрашивать и некоторые лекарственные средства (например, рифампицин).

Запах

Мокрота обычно не имеет запаха.

Гнилостный запах отмечается в результате присоединения гнилостной инфекции (например, при абсцессе, гангрене легкого, при гнилостном бронхите, бронхоэктатической болезни, раке легкого, осложнившемся некрозом).

Своеобразный «фруктовый» запах мокроты характерен для вскрывшейся эхинококковой кисты.

Характер мокроты

Слизистая мокрота наблюдается при катаральном воспалении в дыхательных путях, например, на фоне острого и хронического бронхита, трахеита.

Серозная мокрота определяется при отеке легких вследствие выхода плазмы в просвет альвеол.

Слизисто-гнойная мокрота наблюдается при бронхите, пневмонии, бронхоэктатической болезни, туберкулезе.

Гнойная мокрота возможна при гнойном бронхите, абсцессе, актиномикозе легких, гангрене.

Кровянистая мокрота выделяется при инфаркте легких, новообразованиях, травме легкого, актиномикозе и других факторах кровотечения в органах дыхания.

Консистенция мокроты зависит от количества слизи и форменных элементов и может быть жидкой, густой или вязкой.

Плоский эпителий в количестве более 25 клеток указывает на загрязнение материала слюной.

Клетки цилиндрического мерцательного эпителия – клетки слизистой оболочки гортани, трахеи и бронхов; их обнаруживают при бронхитах, трахеитах, бронхиальной астме, злокачественных новообразованиях.

Альвеолярные макрофаги в повышенном количестве в мокроте выявляются при хронических процессах и на стадии разрешения острых процессов в бронхолегочной системе.

Лейкоциты в большом количестве выявляются при выраженном воспалении, в составе слизисто-гнойной и гнойной мокроты.

Эозинофилы обнаруживаются при бронхиальной астме, эозинофильной пневмонии, глистных поражениях легких, инфаркте легкого.

Эритроциты. Обнаружение в мокроте единичных эритроцитов диагностического значения не имеет. При наличии свежей крови в мокроте выявляются неизмененные эритроциты.

Клетки с признаками атипии присутствуют при злокачественных новообразованиях.

Эластические волокна появляются при распаде ткани легкого, которое сопровождается разрушением эпителиального слоя и освобождением эластических волокон; их обнаруживают при туберкулезе, абсцессе, эхинококкозе, новообразованиях в легких.

Коралловидные волокна выявляют при хронических заболеваниях (например, при кавернозном туберкулезе).

Обызвествленные эластические волокна – эластические волокна, пропитанные солями кальция. Их обнаружение в мокроте характерно для туберкулеза.

Спирали Куршмана образуются при спастическом состоянии бронхов и наличии в них слизи; характерны для бронхиальной астмы, бронхитов, опухолей легких.

Кристаллы Шарко – Лейдена – продукты распада эозинофилов. Характерны для бронхиальной астмы, эозинофильных инфильтратов в легких, легочной двуустки.

Мицелий грибов появляется при грибковых поражениях бронхолегочной системы (например, при аспергиллезе легких).

Прочая флора. Обнаружение бактерий (кокков, бацилл), особенно в больших количествах, указывает на наличие бактериальной инфекции.

Скачать пример результата

Важные замечания

При трудно отделяемой мокроте перед сдачей анализа могут быть назначены отхаркивающие препараты, обильное теплое питье, ингаляции с физиологическим раствором.
Интерпретация результатов анализа должна осуществляться лечащим врачом с учетом клинических данных и других лабораторных и инструментальных обследований.

Также рекомендуется

Кто назначает исследование?

Пульмонолог, терапевт, педиатр, врач общей практики, ревматолог, фтизиатр, аллерголог, инфекционист, клинический миколог, онколог, паразитолог.

Литература

Лабораторные и инструментальные исследования в диагностике: Справочник / Пер. с англ. В. Ю. Халатова; под. ред. В. Н. Титова. – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2004. – С. 960.
Назаренко Г. И., Кишкун А. Клиническая оценка результатов лабораторных исследований. – М.: Медицина, 2000. – С. 84-87.
Ройтберг Г. Е., Струтинский А. В. Внутренние болезни. Система органов дыхания. М.: Бином, 2005. – С. 464.
Kincaid-Smith P., Larkins R., Whelan G. Problems in clinical medicine. – Sydney: MacLennan and Petty, 1990, 105-108.

Представлены результаты комплексных программ ИБХ РАН и ИНЦ РАН в области конструирования лекарств будущего и выращивания клеток для регенеративной медицины

Бурный всплеск технологий манипулирования ДНК и РНК обусловил интенсивное развитие производства диагностических и терапевтических антител (белковых соединений плазмы крови) для ранней диагностики и эффективного таргетного лечения. Перед исследователями сейчас стоят задачи по разработке новых технологий для изучения белков и пептидов (коротких белков), их модификаций, по определению этих компонентов в биологических объектах и использования их рационального компьютерного дизайна. Этими вопросами и занимались сотрудники ИБХ РАН – ключевой организации в России, изучающей белки и пептиды – в ходе реализации программы «Белки и пептиды в постгеномную эру. Структурно-функциональные исследования для решения фундаментальных задач и направленного конструирования инновационных лекарственных средств».

Белково-пептидные технологии, связанные с отбором нужных молекул на поверхности клеток, которые контактируют с внешней средой (лиганды, рецепторы), ферментов (ускорителей и подавителей реакций) и антител, открывают перспективы для создания лекарств нового поколения. Чтобы повысить эффективность технологии отбора лучших молекул среди их широкого репертуара, группа ученых под руководством академика РАН, директора ИБХ РАН Александра Габибова разработала уникальные подходы. Ученые создали микрофлюидную систему ультравысокопроизводительного скрининга в каплях двойной эмульсии. Разработка позволяет изучать уникальные свойства единичных живых клеток в 30 тысяч раз производительнее роботизированных станций, а также существенно упрощает работу исследователей, которые определяют работоспособность биологических объектов для создания лекарств на их основе.

Фото: академик РАН, член экспертного совета РНФ Сергей Недоспасов. Источник: ИБХ РАН

Кроме того, ученые занимаются поиском первопричин развития таких заболеваний иммунной системы, как синдром Гийена-Барре и рассеянный склероз. Исследователи создали библиотеку антител больных и провели их скрининг, обнаружив некоторые доказательства вирусной природы заболеваний.

Только одна клетка из десяти в организме человека принадлежит хозяину, остальное – это его микробиом, то есть сообщество бактерий. Сказывается ли метаболизм этого сообщества на пептидном составе крови и других тканей человека? Какова молекулярная основа взаимодействия бактерий и человека? Ученые под руководством академика РАН Вадима Иванова решили ответить на этот вопрос и выяснили, что кровь человека содержит существенное число (5–10%) пептидов, генерируемых микробиотой человека. Исследователям впервые удалось показать, что некоторые из этих пептидов стимулируют воспалительные пептиды цитокины.

Сотрудники ИБХ РАН также исследуют белки и пептиды в надежде найти новые методы борьбы с раком. Пептидомный анализ плазмы и сыворотки крови выявил устойчиво воспроизводимые различия между образцами здоровых доноров и пациентов с такими онкологическими заболеваниями, как рак яичников, рак кишечника и рак крови, что открывает новые перспективы для онкодиагностики.

Фото: академик РАН Вадим Иванов. Источник: ИБХ РАН

Институт цитологии РАН в рамках гранта РНФ работал по программе «Молекулярно-клеточные технологии для лечения социально значимых заболеваний». Сотрудники Института исследовали нормальные, стволовые и опухолевые клетки человека и разрабатывали новые методы терапии разных заболеваний на их основе.

Сегодня широко обсуждаются технологии 3D-печати органов и тканей человека. Необходимое для таких работ количество клеточного материала может быть обеспечено только за счет массового культивирования клеток человека in vitro. Ученые хотели узнать, какой потенциал для этих целей имеют мезенхимные стволовые клетки человека – клетки, способные самообновляться и превращаться в тканеспецифические клетки разных органов. В одном из исследований на животных удалось показать, что пересадка этих клеток позволяет победить бесплодие, вызванное синдромом Ашермана. Эти и другие работы ученых доказывают, что стволовые клетки человека можно использовать как безопасный трансплантационный материал, способный оказывать положительный терапевтических эффект, и могут служить основой для получения клеток, необходимых для тканеинженерных конструкций.

Клетки большинства злокачественных опухолей «производят» много белков-шаперонов – белков, которые помогают остальным белкам принять правильную форму, определяемую их генами, а значит, корректно работать. В случае наличия рака появляется особенно много белков теплового шока БТШ70. Ученые под руководством доктора биологических наук Бориса Маргулиса предположили, что подавление «производства» или функции БТШ70 должно привести к повышению чувствительности опухолевых клеток к действию стандартной противоопухолевой терапии и выявили несколько соединений, снижающих уровень шаперона или его активность. Эти препараты были исследованы в клеточных и животных моделях рака и показали свою эффективность: если их применять вместе со стандартной противоопухолевой терапией, можно понизить дозу основного лекарства, снизить побочные эффекты и при этом не утратить эффективность терапии.

«Полученные результаты демонстрируют существенное влияние комплексной программы на развитие Института, – отметила в своем выступлении на конференции Наталья Михайлова, заместитель директора и заведующая Центром клеточных технологий ИНЦ РАН. – Нам удалось повысить уровень фундаментальных и прикладных исследований, укрепить кадровый потенциал, значительно улучшить материально-техническую базу Института. Проект активизировал межлабораторные научные взаимодействия внутри института, способствовал развитию научного сотрудничества с образовательными и медицинскими организациями, а также международного сотрудничества. Необходимо отметить расширение линейки биомедицинских клеточных продуктов над созданием которых работают в ИНЦ РАН, а также повышение уровня прикладных исследований. Внедрен стандарт надлежащей лабораторной практики GLP, что позволяет проводить доклинические исследования лекарственных средств на клеточных тест-моделях in vitro. Ключевое достижение проекта – организация Центра клеточных технологий, создание которого ликвидирует основной многолетний дисбаланс ИНЦ РАН – дает возможность применить научные разработки на практике, или, говоря современным языком, проводить трансфер биомедицинских технологий в практическое здравоохранение в соответствие с Федеральным законом №180. Центр спроектирован по международному стандарту GMP, оснащен оборудованием мирового уровня, включая роботизированный комплекс для культивирования клеток, производства биомедицинских клеточных продуктов в целях их доклинических и клинических исследований, регистрации и вывода на рынок. Это первая в России опытная производственная площадка среди институтов РАН, соответствующая требованиям Федерального закона «О биомедицинских клеточных продуктах» и нормам норм GMP и GTP».

Фото: доктор биологических наук Наталья Михайлова. Источник: ИБХ РАН

Роботизированное оборудование Центра повышает производительность научных исследований и дает дополнительные возможности для экспериментальной работы. Мы уже ощутили плюсы и преимущества в собственных исследованиях.

Над проектом работали более 130 исследователей, средняя доля молодых ученых по годам составила более 60% от общего их числа. За время выполнения проекта исполнители ИНЦ РАН опубликовали более 160 статей (по данным Web of Science и Scopus), девятью молодыми учеными защищены кандидатские диссертации.

Институт биоорганической химии РАН и Институт цитологии РАН отметили значительное участие медицинских центров в их проектах. Часть разработок ученых уже апробируется в клиниках Москвы и Санкт-Петербурга.

«Сегодня в мире около 50% финансирования идет на научные исследования в области Life Sciences, и я считаю, что это оправданно, – отметил в ходе конференции заместитель генерального директора РНФ Сергей Лебедев. – Если благодаря таким исследованиям хотя бы трем людям сохранили здоровье и жизнь, практически любые деньги, вложенные в науку, потрачены не зря. Хотелось бы, чтобы со временем ваши работы привели к созданию новых лекарств и лечебных методик, которые будут спасать десятки и сотни жизней, а мы будем стараться и в будущем поддерживать вас».

Напоминаем, что сейчас в ходе научных конференций и семинаров 16 организаций, получивших гранты РНФ на реализацию комплексных научных программ на период с 2014 по 2018 год, публично представляют основные результаты своей работы. Подробности – на сайте комплексных научных программ.

Страница не найдена |

404. Страница не найдена

Архив за месяц

ПнВтСрЧтПтСбВс

16171819202122

23242526272829

3031

15161718192021

25262728293031

123

45678910

17181920212223

2728293031

1234

567891011

891011121314

11121314151617

28293031

1234

12345

6789101112

567891011

12131415161718

19202122232425

3456789

17181920212223

24252627282930

12345

13141516171819

20212223242526

2728293031

15161718192021

22232425262728

2930

Архивы

Метки

Настройки
для слабовидящих

Что нужно знать о канцерогенах

Природа, или, как часто говорят, «тайна» рака, до конца не раскрыта.

Сложность задач, стоящих перед онкологией и трагичность многих жизненных ситуаций заставляет онкологов, вирусологов, эпидемиологов, специалистов в области молекулярной биологии и других дисциплин активизировать свои усилия, которые бы дали возможность не только обнаружить неизвестные ранее причины возникновения опухолей, но и, зная эти причины, разработать способы их профилактики.

Рак – многопричинное заболевание, при котором масса факторов приводят к единому результату – злокачественному превращению клетки. Ученые заглянули во многие тайны опухолевого роста, они узнали и описали многие свойства раковых клеток, но основная причина перерождения здоровой клетки в злокачественную до сих пор остается невыясненной. Вопрос о причинах возникновения опухоли – один из наиболее острых и спорных в современной медицинской науке. Действие внешней среды на человека, а также внутренние нарушения функций организма создают условия для опухолевого роста. Влияние окружающей среды на человека, как правило, комплексное и, тем не менее, среди большого количества факторов должны быть выделены ведущие и второстепенные. Общепризнано, что 80-90% случаев онкологических заболеваний человека обусловлено действием факторов окружающей среды и особенностями образа жизни. Выявление, уменьшение и, по возможности, прекращение воздействия таких факторов на человека непременно приведет к снижению риска развития опухолей.

Установлено, что рак возникает под влиянием: 1) химических веществ; 2) ионизирующей радиации и ультрафиолетового облучения; 4) вирусов; 5) механических травм и многих других причин. Все эти факторы были названы канцерогенами. Вероятность развития рака определяют не только время и интенсивность действия канцерогенного агента, но и состояние организма.

Канцерогены подстерегают нас в пище и воде, канцерогенным может быть воздух нашего жилища или производственного помещения. Канцерогенные вещества, способные озлокачествить здоровые клетки организма, могут находиться в бытовой химии и парфюмерии. Они могут быть жидкими, газообразными, действовать на нас совершенно невидимыми, определяемыми только специальной аппаратурой излучениями и полями (ионизирующие излучения, электромагнитные поля). Удивительно, но канцерогенное влияние могут оказать даже солнечные лучи, без которых невозможна жизнь на Земле.

Вряд ли в нашей повседневной жизни удастся полностью исключить контакт с канцерогенными веществами, но свести к минимуму их пагубное воздействие в наших силах. Для этого надо лишь иметь представление о том, какие факторы являются опасными и как избежать их воздействия.

Химические канцерогены

То, что некоторые химические вещества способны инициировать возникновение опухоли, известно давно. История изучения влияния некоторых химических веществ на возникновение злокачественных опухолей насчитывает более 200 лет.

Пока до конца неизвестно, каким образом канцерогены заставляют нормальную клетку приобрести свойства, характерные для злокачественного роста, каков тот первый стимул, начальное воздействие, которое делает клетку измененной, еще не опухолевой, но уже «не нормальной». Ответить на этот вопрос, значит, понять природу рака. За последние годы исследователи приблизились к решению этой задачи, раскрыв некоторые механизмы химического канцерогенеза.

Химические канцерогены представляют собой различные по структуре органические и неорганические соединения. Они присутствуют в окружающей среде, являются продуктами жизнедеятельности организма или метаболитами живых клеток.

Некоторые из канцерогенов обладают местным действием, другие оказывают влияние на чувствительные к ним органы независимо от места введения. Существуют канцерогены, активные сами по себе (прямые канцерогены), но большинство нуждается в предварительной активации (непрямые канцерогены). Имеются вещества, которые усиливают воздействие канцерогенов. Воздействие химических канцерогенов на живой организм чрезвычайно разнообразно.

Еще в 1775 году в Англии описаны случаи рака кожи у трубочистов. В то время для чистки дымоходов использовали мальчиков 7 – 8 лет, так как их размеры позволяли пробраться внутрь трубы. Мальчики годами залезали в дымоходы и очищали их от сажи. А в 20-25 лет у многих из них возникал рак кожи мошонки. Затем обратили внимание на рак кожи у дорожных рабочих, рак легких у рабочих газовой промышленности, цветной металлургии, асбестовых предприятий, на опухоли мочевого пузыря у рабочих анилинового производства. Все эти наблюдения заставляли задуматься над тем, почему у представителей различных профессий возникают некоторые формы злокачественных опухолей, какие вещества вызывают рак, почему опухоли возникают после длительного воздействия?

Значительно позже английским исследователям удалось выделить из каменноугольной смолы новое соединение, относящееся к полициклическим ароматическим углеводорода — 3,4-бензпирен, при нанесении на кожу которого, развивается хроническое воспаление с переходом в рак. Это был первый канцероген, структура которого была установлена. Бензпирен считается одним из самых активных и опасных канцерогенов.

Полициклические ароматические углеводороды образуются при сгорании органических веществ в условиях высокой температуры и являются весьма распространенными загрязнителями внешней среды. Они присутствуют в воздухе, в воде загрязненных водоемов, в саже, дегте, минеральных маслах, жирах, фруктах, овощах и злаках.

Канцерогенным действием обладают нитрозамины, ароматические амины и амиды, некоторые металлы, асбест, винилхлорид, афлатоксины и другие химические вещества.

Нитрозамины токсичны, обладают мутагенным и тератогенным воздействием, более 300 из нескольких сотен исследованных вызывают канцерогенный эффект. Во внешней среде нитрозамины в небольших количествах находятся в пищевых продуктах, травах, пестицидах, кормовых добавках, загрязненной воде и воздухе. Кроме этого, они поступают в организм с табаком, косметикой и лекарствами. В готовом виде из внешней среды человек поглощает незначительное количество нитрозаминов. Значительно большее количество нитрозаминов, синтезируется в организме из нитритов и нитратов в желудке, кишках, мочевом пузыре. Нитриты и нитраты содержатся в злаках, корнеплодах, безалкогольных напитках, добавляются как консерванты в сыры, мясо и рыбу. В последние годы содержание их резко (в 5-10 раз) повысилось в картофеле.

Ароматические амины и амиды находят широкое применение в производстве анилиновых красителей, фармацевтических препаратов, пестицидов. Они приводят к возникновению рака мочевого пузыря. Одно из этих соединений использовалось длительное время в некоторых зарубежных странах как пищевой краситель. Его добавляли к маргарину и сливочному маслу, чтобы они имели свежий летний вид. После установления канцерогенных свойств у этого красителя его запретили.

Асбест – волокнистый силикат, используемый в строительстве. Опасны свободные волокна асбеста. Их обнаруживают в воздухе жилых помещений. Устойчивость к кислотам позволяет использовать асбест при изготовлении виниловых обоев, изделий из бумаги, текстиля, а также напольных покрытий, труб, шпаклевки, замазки. Специалисты считают, что рабочий на асбестовом производстве через 20 лет может заболеть раком легкого. У работающих с асбестом наблюдается повышенная частота рака легкого, гортани, плевры, брюшины, изредка – злокачественных опухолей желудочно-кишечного тракта.

Винилхлорид входит в состав распространенных сортов пластмасс, используемых в медицине, строительстве и при изготовлении товаров широкого потребления. Среди лиц, занятых на производстве винилхлорида, повышена заболеваемость печени, опухолями легкого, лейкозами.

Бензол и его производные также обладают канцерогенными свойствами. Продолжительный контакт с бензолом способствует возникновению лейкозов.

Канцерогенны — соединения мышьяка, никеля, хрома, кадмия. Длительная работа с этими металлами может привести к возникновению рака верхних дыхательных путей и легких. Мышьяк, кроме этого, вызывает рак кожи, а кадмий, хром и их соединения – рак предстательной железы и мочеполовых органов. Тяжелые металлы поступают в окружающую среду с производственными выбросами и сточными водами промышленных предприятий. Источником их является и автотранспорт. Установлено, что при хранении картофеля в гараже (достаточно частое явление) в корнеплодах увеличивается содержание тяжелых металлов, в частности свинца. Отмечены случаи развития рака анального канала и промежности при употреблении газет в качестве туалетной бумаги. Канцерогенным эффектом обладает свинец, входящий в состав типографской краски.

Опасным канцерогеном является афлатоксин — токсин плесневого грибка. Это гриб распространен повсеместно, но в условиях жаркого климата в больших количествах выделяет ядовитые вещества. Афлатоксины в больших дозах ядовиты и вызывают гибель животных, а в малых — опухоли печени. Этот грибок может поражать злаки, отруби, муку, орехи. Главная опасность состоит в том, что при термической обработке продуктов, пораженных этим грибком, токсин, который он выделяет в продукт, не разрушается. Заподозрить наличие афлатоксина в продуктах можно по горькому вкусу. Например, орехи начинают горчить.

Развитие науки и производства постоянно приводит к появлению новых химических соединений, обладающих канцерогенными свойствами. Особенно важно знание тех соединений, с которыми приходится сталкиваться человеку.

В этом смысле большой интерес вызывает химический состав пищевых продуктов и соединений, получаемых при различной кулинарной обработке продуктов питания. С характером питания прямо или косвенно связано возникновение рака пищевода, желудка, кишечника, печени, поджелудочной, молочной и предстательной желез, тела матки, яичников и легкого. В пище содержится более 700 соединений, в том числе около 200 полициклических ароматических углеводородов, аминоазосоединения, нитрозамины, афлатоксины и др. Каналы заражения продуктов питания химическими канцерогенами бесконечны. Они могут попасть в пищу из синтетической упаковки, внутренней поверхности консервных банок, с этикеток, на которые расходуется типографская краска. «Нечаянное» заражение возможно на складе или во время транспортировки. Канцерогены могут образовываться во время неправильного хранения и кулинарной обработки продуктов. Содержание канцерогенов в пище повышается при неумеренном использовании азотосодержащих минеральных удобрений и пестицидов, а также при загрязнении ими атмосферного воздуха и питьевой воды.

Наибольшее значение для человека имеет загрязнение пищи полициклическими ароматическими углеводородами, нитрозаминами и их предшественниками (нитритами и нитратами), пестицидами, а на отдельных территориях – афлатоксинами.

Химические канцерогены в организме животных подвергаются интенсивным метаболическим процессам и быстро распадаются, поэтому в свежих мясных и молочных продуктах содержание их невелико. В значительно большем количестве они образуются при кулинарной обработке пищи.

Бензпирен обнаруживают при пережаривании и перегревании жиров, в мясных и рыбных консервах, в копченостях после обработки пищи коптильным дымом.

В одной из сельских зон Польши отмечалась высокая заболеваемость раком желудка. Специалисты заинтересовались обычаями приготовления пищи в этом регионе. Оказалось, что хозяйки растапливают на вместительной сковородке свиное сало, а затем в течение недели или дольше неоднократно подогревают остатки жира и жарят на нем мясо и овощи. При частом нагревании до больших температур на чугунной сковороде свиной жир изменяет свою структуру, образуются вещества, которые обладают канцерогенной активностью и в основном — бензпирен.

Нитрозамины в небольшом количествах содержатся во многих продуктах: копченом, вяленом и консервированном мясе и рыбе, темном пиве, некоторых сортах колбас, сухой и соленой рыбе, маринованных и соленых овощах, пряностях, отдельных молочных продуктах. Обработка коптильным дымом, пережаривание жиров, засолка и консервирование ускоряют образование нитрозаминов. В противоположность этому хранение продуктов при низкой температуре резко замедляет их образование.

Нитриты и нитраты содержатся в продуктах в значительно большем количестве. Пища является основным источником их поступления в организм.

В сельском хозяйстве используются азотсодержащие, калийные и фосфорсодержащие минеральные удобрения. Калийные и фосфорные удобрения не представляют канцерогенной опасности. Опасны азотсодержашие удобрения, которые в организме трансформируются в нитраты, нитриты, а затем в нитрозамины.

Канцерогенным действием обладают также многие пестициды. Большинство пестицидов являются химически стойкими соединениями, хорошо растворимыми в жирах. Благодаря этому они накапливаются в растениях, тканях животных и человека. Применение пестицидов с высоким содержанием нитрозаминов создает определенную опасность для работников сельского хозяйства.

Какие еще факторы могут представлять опасность для человека? Это, в первую очередь пыль, загрязняющая жилье.

Многочисленные исследования показали, что копоть и пыль помещений являются носителями канцерогенных веществ, а пыль, собранная на улице, вызывает злокачественные опухоли у лабораторных животных. Вот почему необходима влажная тщательная уборка помещений. Особую опасность в быту представляет газовая плита. Продукты неполного сгорания газа при отсутствии хорошей вентиляции загрязняют воздух помещений, происходит накопление смолистых продуктов, содержащих все тот же бензпирен.

Канцерогенные соединения, попадая в окружающую среду, вступают в круговорот сложных и многообразных превращений. Они поглощаются и нейтрализуются некоторыми видами бактерий, имеющимися в воздухе, воде, почве, разрушаются под действием ультрафиолетового излучения. Клетки печени человека также могут разрушать канцерогенные вещества, что в значительной степени зависит от особенностей организма и характере питания.

Но для уменьшения степени опасности не следует полагаться на благоприятное стечение естественных факторов, а лучше разрушать канцерогенные вещества и не допускать их выхода во внешнюю среду.

Эндогенные канцерогены

Следует отметить, что помимо канцерогенов, которые поступают в организм человека с воздухом, водой, продуктами питания, существуют вещества, которые образуются в самом организме и обладают высокой канцерогенностью. Это, так называемые, эндогенные канцерогены. В настоящее время уже можно говорить о существовании нескольких классов эндогенных канцерогенов. К ним относятся, в частности, продукты распада и превращения желчных кислот, нарушенного метаболизма тирозина и триптофана. Изучены условия, способствующие образованию этих соединений. Особую роль в этом процессе играют гиповитаминозы, сезонный недостаток аскорбиновой кислоты (витамин С), гормональный дисбаланс, наследственные нарушения аминокислотного обмена. При этом следует принимать во внимание только длительные нарушения метаболизма.

Физические канцерогены

К физическим канцерогенным факторам относятся альфа-, бета-, гамма — и рентгеновское излучения, потоки протонов и нейтронов, ультрафиолетовое излучение, радон, механические травмы.

Ионизирующая радиация обладает универсальным канцерогенным действием, но в патологии человека значение ее немного меньше, чем химических канцерогенов. Основными источниками излучения для населения являются естественный фон, как земной, так и космический, искусственные источники, такие как ядерные испытания в атмосфере, ядерные аварии, ядерные производства, облучение при диагностическом обследовании и лечении.

Не только прямое действие лучей является канцерогенным, но не менее опасным является попадание в организм радиоактивных изотопов. Попав в организм, радий во многом ведет себя подобно кальцию: он проникает в кости и прочно там оседает. Однако, в отличие от кальция разрушает костную ткань. Постепенно накапливаются изменения, ведущие к развитию злокачественной опухоли.

Многочисленные исследования доказали безоговорочное канцерогенное начало ионизирующего излучения. Ионизирующее излучение в высоких дозах вызывает рак у людей, лишь несколько видов опухолей никогда не связывали с ионизирующим излучением. Частота таких злокачественных опухолей возрастает по мере повышения дозы облучения. Действие высокодозного излучения может вести к повреждению клеток и ДНК с последующей гибелью клетки, а низкие дозы могут приводить к мутациям, увеличивающим риск рака. Вполне вероятно, что под удар попадает не только наследственный аппарат клетки, но и обмен веществ, и тогда опухолевая трансформация возникает как бы вторично.

Вызывают определенное беспокойство и дозы излучения, получаемые населением при прохождении различных диагностических процедур. К таким обследованиям относятся проведение маммографии на предмет выявления опухолей молочной железы, компьютерной томографии, радиоизотопных исследований. Надо отметить, что суммарная доза при диагностических исследованиях мала по сравнению с естественным излучением, а преимущества несомненны.

Установлено, что вдыхание воздуха, содержащего радон и его продукты, приводит к воздействию радиоактивного излучения, в основном на клетки бронхиального эпителия. Радон является второй наиболее важной причиной развития рака легкого после курения. В основном, воздействие радона на человека происходит в домах, особенно в пыльных помещениях, где радон оседает на частицы пыли. Повышенный радиационный фон в жилищах особенно опасен для курильщиков; у них вероятность развития опухоли возрастает более чем в 25 раз. Главными источниками радона являются почва, строительные материалы, грунтовые воды.

Старайтесь проверить свое жилье с помощью специалистов на наличие радона в помещениях, где вы живете, и по возможности обезопасить себя.

Теперь обратимся к другому виду радиации — солнечным лучам. Мысль о том, что они могут вызывать рак, кажется кощунственной. Солнце – источник жизни на Земле, а коричневый загар миллионов отдыхающих издавна рассматривался как признак здоровья.

Солнечные лучи — мощный источник различных излучений, среди которых важную роль играет ультрафиолет. В малых дозах ультрафиолет необходим для человеческого организма, но в больших может вызвать серьезные заболевания и даже послужить причиной рака. Накопилось сотни наблюдений, свидетельствующих о том, что солнечная радиация способна вызывать рак кожи у человека. Сейчас можно считать установленной связь между распространением рака кожи, интенсивностью и длительностью воздействия солнечных лучей.

Обычно опухоли возникают на частях тела, незащищенных одеждой, у людей, длительное время находящихся на открытом воздухе, в тех районах и странах, где солнце светит долго и сильно. Опухоли чаще всего развиваются на коже лица, носа, реже на кистях рук. Особо нужно подчеркнуть, что дети, у которых кожа особенно уязвима, подвергаются гораздо большей опасности, чем взрослые.

Для предотвращения развития рака кожи необходимо стараться уменьшить общее воздействие солнца в течение всей жизни, особенно чрезмерное солнечное воздействие и солнечные ожоги.

Необходимо отметить, что неграмотное использование соляриев небезопасно, так как в них человек подвергается УФ излучению, подобному солнечному.

Все сказанное не означает, что нужно отказаться от поездок на юг, от купания в море, пребывания на пляже, просто от солнечных ванн. Подобные запреты не нужны. Нужно разумное, можно сказать, уважительное отношение к солнцу. Наслаждаясь солнышком, теплом, давайте помнить не только о полезном, оздоравливающем действии солнечных лучей, но и о тех неприятностях, которые могут возникнуть в случае злоупотребления ими. Онкологическим больным и лицам, прошедшим лечение по поводу онкологического заболевания, категорически не рекомендуется длительное пребывание на солнце.

Многочисленные электромагнитные поля, возникающие в наших квартирах при работе бытовой техники, компьютеров, радиотелефонов и буквально пронизывающие наше жилище, также небезопасны. Поэтому, чем больше техники в доме, тем выше риск, особенно при непродуманном расположении приборов. По данным ряда американских исследований у детей, проживающих в домах вблизи линий электропередачи, в 2,5 раза выше риск развития лейкемии. Для взрослого населения такой закономерности не выявлено.

Сотовые телефоны и пульты дистанционного управления генерируют электромагнитные поля. Использование мобильной связи и ее возможное отрицательное влияние на здоровье привлекают все большее внимание общественности. Сообщения об увеличении частоты возникновения опухолей головного мозга среди пользователей мобильных телефонов, описание подобных случаев в прессе позволили предположить возможность наличия определенной стимуляции опухолевого роста. Этот факт наряду с возросшим стремлением населения стать абонентами сотовой связи усиливает обеспокоенность среди населения. Излучение от мобильных телефонов не является ионизирующим. Многочисленные эпидемиологические исследования показали отсутствие значительной взаимосвязи между развитием опухолей головного мозга и использованием мобильных телефонов, независимо от длительности пользования и типа телефона.

Несколько слов о травме — грубом механическом повреждении — как одном из способов физического воздействия, который при определенных условиях может приводить к образованию опухолей. Опухоль возникает в зонах, подвергающихся постоянной травматизации, на ожоговых рубцах, рубцующихся хронических язвах. Во всех этих случаях происходит хроническое раздражение, которое считается общим свойством всех видов канцерогенеза.

Риск развития рака многократно возрастает у лиц с грубыми деформирующими ожоговыми и травматическими рубцами на коже и хроническими остеомиелитическими свищами, рак слизистой полости рта – при хронической травме ее кариозными зубами и протезами и др.

Полностью отрицать роль травмы в возникновении злокачественных опухолей нельзя. Просто травма значительно реже вызывает опухоли, чем другие канцерогенные воздействия.

Биологические канцерогены

Вирусы, являющиеся биологическими канцерогенами, так же как химические и физические могут служить внешними сигналами, влияющими на внутренние закономерности и процессы, контролирующие деление клеток в организме.

Всех волнует вопрос, не являются ли опухоли инфекционным заболеванием в полном смысле этого слова? Французский онколог Шарль Оберлинг писал: если бы рак был действительно заразной болезнью, то следовало бы ожидать, что им в первую очередь должны болеть медики – врачи, хирурги, медсёстры, то есть все те, кто постоянно соприкасается с раковыми больными, не принимая каких-либо мер предосторожности. Но рак встречается среди медиков не реже и не чаще, чем среди представителей любой другой профессии. Более того, в отличие от туберкулёза и других заразных болезней он не передаётся членам семьи заболевшего.

Существует группа вирусов (онковирусов), которые долго находятся в латентном состоянии и активируются под воздействием различных факторов, как физических, так и химических. Они заставляют здоровую клетку работать по собственному сценарию. Клетка «забывает» о своих функциях и начинает бешено размножаться.

Сегодня эпидемиологическими исследованиями установлена связь некоторых форм рака у человека с определенной вирусной инфекцией.

Некоторые предраковые процессы, в частности доброкачественные опухоли, возникают под действием вирусов. Кандилома – остроконечная бородавчатая опухоль, располагающаяся на наружных половых органах или вблизи них, представляет собой несомненное вирусное заболевание. Такие заболевание гортани как папилломы, также возникают под действием вируса. Контагиозный моллюск – это опухоли, иногда одиночные, но чаще множественные, располагающиеся на коже, чаще у детей и учащихся. Это серьезное заболевание требует немедленного лечения, так как при длительном существовании может перейти в рак. Заболевание это, бесспорно, вирусного происхождения.

Эти предраковые заболевания, если их предоставить самим себе, не лечить, могут через некоторый промежуток времени стать почвой для возникновения рака.

Определено несколько вирусов, ассоциируемых с опухолями человека.

Это вирусы гепатита В и С, вирус Эпштейн-Барр, вирус герпеса и папилломавирус. Вирус иммунодефицита человека инфицирует и убивает Т-лимфоциты, снижая таким образом, активность иммунной системы. ВИЧ не трансформирует клетки, однако его наличие увеличивает риск развития саркомы Капоши, Неходжкинской лимфомы, и, возможно рака у молодых людей.

Люди, носители этих вирусов, имеют в три, десять раз больше шансов заболеть раком, чем все остальные.

Мы надеемся, что после знакомства с этой брошюрой читатель разделит мнение авторов о том, что присутствие канцерогенов в окружающей среде не свидетельствует о неизбежности возникновения рака. Множество людей живут спокойно, избегая злокачественных опухолей, хотя обитают в том же «море канцерогенов». Несомненно, существует принципиальная возможность предупредить рак. Обнаружить канцерогены — это значит начать борьбу с ними. Канцерогены могут действовать на организм человека в любой период его жизни. Поэтому выявление и устранение возможного воздействия на организм человека различных канцерогенных факторов на протяжении всей его жизни является непременной составляющей профилактики рака.

Бычкова Г.Ю., Трич М.В.

2. Вода и её роль в жизнедеятельности клетки

Вода (h3O) — важнейшее неорганическое вещество клетки. В клетке в количественном отношении вода занимает первое место среди других химических соединений. Вода выполняет различные функции: сохранение объёма, упругости клетки, участие во всех химических реакциях. Все биохимические реакции происходят в водных растворах. Чем выше интенсивность обмена веществ в той или иной клетке, тем больше в ней содержится воды.

Обрати внимание!

Вода в клетке находится в двух формах: свободной и связанной.

Свободная вода находится в межклеточных пространствах, сосудах, вакуолях, полостях органов. Она служит для переноса веществ из окружающей среды в клетку и наоборот.
Связанная вода входит в состав некоторых клеточных структур, находясь между молекулами белка, мембранами, волокнами, и соединена с некоторыми белками.
Вода обладает рядом свойств, имеющих исключительное значение для живых организмов.

Структура молекулы воды

Уникальные свойства воды определяются структурой её молекулы.

Между отдельными молекулами воды образуются водородные связи, определяющие физические и химические свойства воды.
Характерное расположение электронов в молекуле воды придаёт ей электрическую асимметрию. Более электроотрицательный атом кислорода притягивает электроны атомов водорода сильнее, в результате молекула воды является диполем (обладает полярностью). Каждый из двух атомов водорода обладает частично положительным зарядом, а атом кислорода несёт частично отрицательный заряд.

Частично отрицательный заряд атома кислорода одной молекулы воды притягивается частично положительными атомами водорода других молекул. Таким образом, каждая молекула воды стремится связаться водородной связью с четырьмя соседними молекулами воды.

Свойства воды

Так как молекулы воды полярны, то вода обладает свойством растворять полярные молекулы других веществ.
Вещества, растворимые в воде, называются гидрофильными (соли, сахара, простые спирты, аминокислоты, неорганические кислоты). Когда вещество переходит в раствор, его молекулы или ионы могут двигаться более свободно и, следовательно, реакционная способность вещества возрастает.

Вещества, нерастворимые в воде, называются гидрофобными (жиры, нуклеиновые кислоты, некоторые белки). Такие вещества могут образовывать с водой поверхности раздела, на которых протекают многие химические реакции. Следовательно, тот факт, что вода не растворяет некоторые вещества, для живых организмов также очень важен.

Вода обладает высокой удельной теплоёмкостью, т. е. способностью поглощать тепловую энергию при минимальном повышении собственной температуры. Чтобы разорвать многочисленные водородные связи, имеющиеся между молекулами воды, требуется поглотить большое количество энергии. Это свойство воды обеспечивает поддержание теплового баланса в организме. Большая теплоёмкость воды защищает ткани организма от быстрого и сильного повышения температуры.
Для испарения воды необходима довольно большая энергия. Использование значительного количества энергии на разрыв водородных связей при испарении способствует его охлаждению. Это свойство воды предохраняет организм от перегрева.

Пример:

примерами этого могут являться транспирация у растений и потоотделение у животных.

Вода обладает также высокой теплопроводностью, обеспечивая равномерное распределение тепла по всему организму.

Обрати внимание!

Высокая удельная теплоёмкость и высокая теплопроводность делает воду идеальной жидкостью для поддержания теплового равновесия клетки и организма.

Вода практически не сжимается, создавая тургорное давление, определяя объём и упругость клеток и тканей.

Пример:

гидростатический скелет поддерживает форму у круглых червей, медуз и других организмов.

Благодаря силам сцепления молекул на поверхности воды создаётся плёнка, обладающая такой характеристикой, как поверхностное натяжение.

Пример:

благодаря силе поверхностного натяжения происходит капиллярный кровоток, восходящий и нисходящий токи растворов в растениях.

К числу важных в физиологическом отношении свойств воды относится её способность растворять газы (O2, CO2 и др.).

Вода является также источником кислорода и водорода, выделяемых при фотолизе в световую фазу фотосинтеза.

Биологические функции воды

Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма. В природе вода переносит продукты жизнедеятельности в почву и к водоёмам.
Вода — активный участник реакций обмена веществ.
Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей, секретов и соков в организме (эти жидкости находятся в суставах позвоночных животных, в плевральной полости, в околосердечной сумке).
Вода входит в состав слизей, которые облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей. Водную основу имеют и секреты, выделяемые некоторыми железами и органами: слюна, слёзы, желчь, сперма и т. д..

Источники:

https://infourok.ru/prezentaciya_po_biologii_na_temu_mineralnye_veschestva_i_voda-409343.htm

https://otvet.mail.ru/question/182353364

http://www.studfiles.ru/html/2706/741/html_fBK8q_mH0r.UWHS/htmlconvd-PYhDG9_html_1c3325a2.png

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Клеточные механизмы физико-химического гомеостаза мембран

Curr Opin Cell Biol. Авторская рукопись; доступно в PMC 1 августа 2019 г.

Опубликован в окончательной отредактированной форме как:

PMCID: PMC6131038

NIHMSID: NIHMS968082

Robert Ernst

¹ Кафедра медицинской биохимии и молекулярной биологии, медицинский факультет Саарландского университета, 66421 Хомбург, Германия

Стефани Баллвег

Илья Левенталь

² Кафедра интегративной биологии и фармакологии, Медицинская школа Макговерна в Центре медицинских наук Техасского университета, Хьюстон, Техас

^* Авторы, отвечающие за переписку: Роберт Эрнст ([email protected]), Илья Левенталь ([email protected]). Роберт Эрнст, медицинский факультет Саарландского университета, кафедра медицинской биохимии и молекулярной биологии, ул. Киррбергера. 100 Building 61.4, 66421 Homburg (Saar), Германия, телефон: ++ 49 6841 16 47875. Илья Левенталь, Департамент интегративной биологии и фармакологии, Медицинская школа Макговерна при Центре медицинских наук Университета Техаса, Хьюстон, Техас, США См. Другие статьи в ЧВК, цитирующих опубликованную статью.

Abstract

Биологические мембраны являются жизненно важными и активными участниками функции клеток.В дополнение к специфическим взаимодействиям отдельных липидных молекул и латеральной организации, создаваемой мембранными доменами, основные физико-химические свойства биологических мембран в целом регулируют структуру и функцию белка. Следовательно, эти свойства должны поддерживаться гомеостатически в узком диапазоне, совместимом с клеточной физиологией. Хотя такая адаптивность была известна в течение десятилетий, недавние наблюдения резко расширили ее возможности, показав широту свойств мембран, которые необходимо поддерживать, и выявив замечательное разнообразие биологических мембран как внутри, так и между типами клеток.Клетки разработали широкую палитру механизмов ощущения и реакции для обеспечения физико-химического гомеостаза мембран, и молекулярные механизмы этого обнаруживаются с помощью комбинаций клеточной биологии, биофизических подходов и компьютерного моделирования.

Введение: клеточные мембраны являются активными, отзывчивыми биоматериалами

Мембраны являются центральным элементом клеточной архитектуры и глубоко интегрированы в их физиологию. Мембраны — это гораздо больше, чем простые пассивные растворители для опосредованной белком активности, мембраны вносят вклад в функциональность во всех значимых масштабах: отдельные мембранные липиды действуют как субстраты для ферментов и сигнальных молекул [1], липидные сборки регулируют рекрутирование белков и взаимодействия [2], а объемная мембрана свойства определяют структуру и функцию белка [3].

Несмотря на их центральную роль в функционировании клеток, наше понимание физиологии мембран продолжает отставать от большинства других аспектов клеточной биологии. Отчасти причина в том, что липиды не поддаются воздействию мощных инструментов, разработанных для анализа генов и белков. Кроме того, липиды редко бывают одинокими волками — мембраны по своей сути представляют собой коллективы, состоящие из десятков тысяч отдельных молекул, представляющих сотни различных видов [4]. Наконец, мембраны очень пластичны и адаптивны, они способны сохранять свою биологическую активность, несмотря на внешние воздействия.В этом кратком обзоре мы освещаем последние достижения в определении молекулярных механизмов, ответственных за определение свойств мембран и опосредование гомеостатических реакций.

Многоликость мембранного гомеостаза

Классическое понимание мембранного гомеостаза было основано на серии исследований 1970-х годов, которые показали, что клетки адаптируют свои мембранные составы к изменениям температуры окружающей среды для сохранения физических свойств мембран [5,6] . Например, E. coli перешла к более низким температурам роста и заменила плотно упакованные ненасыщенные липиды плотно упакованными насыщенными, чтобы сохранить вязкость мембраны [5].Такая «гомеовязкая адаптация» к колебаниям температуры с тех пор наблюдалась широко, от прокариот до экзотермических животных [7,8] (). Для небольшой части этих ответов выяснены молекулярные механизмы. Например, предлагается система DesK / DesR из B. subtilis для определения толщины мембраны как показателя вязкости мембраны и обратной связи по десатурации липидов как реакции на возмущения [9,10].

Физико-химический гомеостаз мембраны

( A ) Классические эксперименты Майкла Синенского [5] установили, что когда мембрана клеток ( слева, ) становится менее жидкой при понижении температуры ( середина ), клетки регулируют свои липиды. состав для восстановления текучести мембраны ( справа ).( B ) Физико-химические свойства мембран могут управлять процессами дифференцировки [22]. Мезенхимальные стволовые клетки могут дифференцироваться в жировые клетки или остеобласты ( слева, ). PM этих клеток демонстрируют специфическое для клонов липидомное ремоделирование, влияющее на фазовое поведение мембраны ( середина ), при этом PM остеобластов характеризуются более высоким содержанием полиненасыщенных липидов и более высокой тенденцией к фазовой сегрегации. Имитация композиционного и биофизического ремоделирования PM путем добавления полиненасыщенных жирных кислот (DHA) направляет дифференцировку остеобластов ( справа, ).

Объем мембранного гомеостаза значительно расширился за последние два десятилетия (). Например, в отличие от прокариот, эукариотические клетки имеют множество внутриклеточных мембран, каждая из которых имеет свой липидный состав и физические свойства [11,12]. Наиболее хорошо охарактеризованные вариации происходят в секреторном пути, где эндоплазматический ретикулум (ER), аппарат Гольджи и плазматическая мембрана (PM) представляют собой градиент увеличения концентраций холестерина и сфинголипидов, что приводит к увеличению жесткости и толщины мембран.Эти физические свойства, как полагают, лежат в основе различных функций органелл и могут использоваться для разделения мембранных белков и липидов между ними [13–16].

Субклеточные органеллы обладают характерным липидным составом и мембранными свойствами, которые отражают их физиологическое назначение, и поэтому они должны поддерживаться гомеостатически. Наиболее широко охарактеризованный пример — ER, который оснащен сенсорным оборудованием для поддержания текучести его мембран [17,18] и для баланса продукции белков и липидов для биогенеза мембран [19,20].Эти примеры также подчеркивают возникающую тему: физико-химические свойства биологических мембран определяются не только липидами, но также отражают изобилие и состав мембранных белков. Это наиболее четко демонстрируется наблюдениями, что липиды, выделенные из биологических мембран, иногда образуют неламеллярные фазы, тогда как они образуют бислои в своем естественном, богатом белком контексте [8]. Однако липидом клеточных органелл может быть реконструирован намного быстрее, чем протеом, и поэтому неудивительно, что липидные композиции реагируют на нарушения, такие как клеточная дифференцировка [21,22], метаболическая проблема [23] и острый стресс [24]. .Например, было показано, что мембранные композиции дрожжей очень пластичны, с изменениями всего липидома, вызванными вариациями в обычных условиях роста [23]. Липидомная гибкость также была продемонстрирована у более сложных организмов. Напр., Синаптические мембраны, выделенные из нейронов млекопитающих, претерпевают резкую композиционную перестройку во время раннего постнатального развития [21]. Несмотря на эти липидные изменения, текучесть и упаковка нервных мембран остаются неизменными, предполагая, что физический гомеостаз усиливается поверх изменений состава [21].Этот вывод подтверждается наблюдениями за клетками млекопитающих, которые в культуре дополняются полиненасыщенными жирными кислотами: эти экзогенные жирные кислоты включаются в мембранные липиды и вызывают значительные изменения в липидоме, не влияя на упаковку мембранных липидов в мембране [25]. Такая гибкость липидома может создать впечатление, что свойства мембраны не являются жизненно важными для физиологии — в конце концов, сохранение является признаком эволюционной ценности. Однако при этом будет отсутствовать лес для деревьев: мы предполагаем, что вместо того, чтобы сохранять состав мембраны , клетки стремятся поддерживать свойства мембраны путем настройки многофакторного липидома.

Проблема физико-химического гомеостаза мембран у многоклеточных организмов усугубляется разнообразием физиологических требований, предъявляемых различными типами клеток, и наличием в них сообщающихся органелл. Во многих случаях эти требования требуют определенных составов мембран и физических свойств. Ярким примером являются фоторецепторные мембраны зрительных систем млекопитающих [26] и, в более общем плане, нейронные PM [27], которые поддерживают чрезвычайно высокие уровни полиненасыщенных жирных кислот омега-3 (до 50%), которые присутствуют в минимальных количествах. в большинстве типов ненейрональных клеток.Однако эти крайние примеры не должны заслонять более тонкие, но все же физиологически важные вариации. Например, недавно было показано, что дифференцировка in vitro мезенхимальных стволовых клеток человека приводит к устойчивому ремоделированию как PM, так и липидомов цельных клеток, при этом два разных типа дифференцированных клеток (адипоциты и остеобласты) приобретают мембранные липидомы и биофизические свойства, отличные от обоих. стволовые клетки-предшественники и друг друга [22]. Наиболее важно то, что это композиционное и биофизическое ремоделирование, по-видимому, похоже на контрольную точку дифференцировки, поскольку индукция фенотипа остеобластоподобной мембраны способствует дифференцировке остеобластов [22].

Системы ощущения и реакции для мембранного гомеостаза

Мембранная адаптивность требует механизмов для определения и управления объемными свойствами мембраны. Учитывая сложность клеточных липидомов, создание специальных сенсорных механизмов для каждого возможного вида липидов кажется маловероятным. Они могут не составлять эффективных механизмов мембранного гомеостаза, поскольку приведенные выше примеры предполагают, что для функциональных мембран требуются коллективные мембранные свойства, а не точные липидные композиции.Примеры свойств мембраны, потенциально подверженных гомеостатической регуляции, включают вязкость [5], плотность поверхностного заряда [28], упаковку липидов в области головной группы [29,30] и в ядре мембраны [17], фазовое поведение и образование доменов [31], профиль бокового давления [32], толщина или сжимаемость [20,33], жесткость / жесткость на изгиб [34] и внутреннее напряжение кривизны [30] (). Осложняющим фактором является то, что большинство, если не все, из этих свойств взаимозависимы — мембраны, состоящие из плотно упакованных липидов, имеют тенденцию быть более упорядоченными, более вязкими, более толстыми и имеют меньше гидрофобных дефектов.

Таблица 1

Свойства объемной мембраны, их детерминанты и их (потенциальные) датчики

Поведение фазы мембраны

Свойства объемной мембраны	Главный определяющий фактор	Потенциальные чувствительные механизмы / Примерный датчик	Класс датчика
	плотность заряда	Концентрация заряженных липидов (например, PA, PS и фосфоинозитидов)	Зондирование электростатики амфипатической спиралью с основными остатками / CCT [38], Pah2 [39]	Класс I
Боковое давление на поверхности мембраны , связанное с упаковкой липидов	Головные группы липидов и ацильные цепи, форма липидов	Постепенное сворачивание AH в дефектах упаковки / CCT [38], скваленмонооксигеназа [55]	Класс I
Боковое давление в ядре мембраны , связанное с упаковкой липидов	Головные группы липидов и ацил цепи, содержание стерола, форма липидов	Конформационные изменения (например,г. спираль: вращения спирали) чувствительны к профилю бокового давления / Mga2 [17,18]	Класс II
Липидная упаковка / Порядок мембран	Насыщение липидов, содержание стеролов	Mga2 [17,18], CCT [38], скваленмонооксигеназа [55]	Класс I / II
Толщина мембраны	Гидрофобная толщина белков, Длина липидов, Содержание стерола	Гидрофильные остатки вызывают конформационные изменения при увеличении толщины / DesK [9 , 10]	Класс III
Сжимаемость мембраны	Взаимодействие липидных групп, упаковка липидов, содержание стеролов	Локальное сжатие мембраны стабилизирует олигомерное состояние при снижении сжимаемости / Ire1 [29]	24 Класс III
Текучесть / вязкость мембраны	Липидная набивка	Определение частоты столкновений мембраны Составляющие браны	Класс I / II / III
Собственная кривизна (каждой створки)	Форма липида	Требуется зондирование на поверхностях и поперек бислоя	Класс I / III	Класс I / III	в TGN / PM: содержание сфинголипидов и стеринов, липидное насыщение	Преодоление напряженности линии между сосуществующими липидными нанодоменами Большой белок может определять изменения в своей локальной среде	Класс II / III
Жесткость / жесткость при изгибе	Головные группы липидов и ацильные цепи, форма липидов, электростатика	Моторные белки могут влиять на жесткость мембран при изгибе мембраны и тубуляции	Класс I / III

Огромное количество белков и клеточных процессов зависят от свойств объемной мембраны.Однако большинство из них не контролируют гомеостатических ответов. Мы рассматриваем мембранно-чувствительный белок как сенсор, только если он связан с эффекторным модулем, способным вызывать гомеостатический ответ [35,36]. Согласно этому строгому определению, молекулярные механизмы только нескольких сенсоров мембранных свойств до сих пор выяснены [37]. Основываясь на этих нескольких примерах, можно сделать вывод, что мембранные гомеостатические механизмы в раннем секреторном пути (т.е. ER) часто контролируют активность ферментов биосинтеза липидов per se или через программы транскрипции, которые перестраивают липидные и белковые метаболические сети [18–20,38 , 39].Напротив, системы ощущения и ответа на позднем секреторном пути (например, PM) с большей вероятностью контролируют процессы ремоделирования липидов и быстрый невезикулярный транспорт липидов в местах контакта с мембраной [40–43]. Мы предполагаем, что сенсоры свойств мембран можно разделить на три различных класса в зависимости от их фундаментальных молекулярных механизмов. Класс I воспринимает поверхности мембраны, класс II определяет свойства мембраны, класс III определяет свойства мембраны через липидный бислой () ().

Основные механизмы датчиков свойств мембраны

( A ) Сенсор на поверхности мембраны: белки могут определять свойства поверхности мембраны через дефекты упаковки липидов, которые способствуют складыванию и внедрению амфипатических спиралей в межфазную область мембраны. Дефекты упаковки липидов обозначены как пустоты между схематически проиллюстрированными молекулами липидов, а повышенная плотность упаковки обозначена более темным затенением бислоя. Атомы кислорода заштрихованы красным.Показаны типичные гидрофобные остатки, вставляемые в дефекты упаковки липидов. ( B ) Обнаружение внутри ядра мембраны. Датчик липидной упаковки дрожжей определяет упаковку ядра мембраны для контроля текучести мембраны [17]. Механизм включает выбор различных вращательных конформаций, управляемых мембранной средой. ( C ) Зондирование через липидный бислой. Сжимаемость мембран, важное свойство, влияющее на сортировку мембранных белков по секреторному пути, может ощущаться только через липидный бислой.Преобразователь или ответ развернутого белка, Ire1, ощущает жесткость и толщину мембран, локально деформируя бислой, что приводит к мембранно-опосредованной олигомеризации в стрессированной мембране ER [20].

Класс I — зондирование на поверхности мембраны

Идентичность органеллярных мембран устанавливается по присутствию малых G-белков (например, Rabs) и редких сигнальных липидов (например, фосфоинозитидов) в сочетании с объемными свойствами мембран. Например, ранний секреторный путь характеризуется обильными гидрофобными «пустотами» на границе раздела водной мембраны, которые возникают в результате плохой упаковки липидов.Напротив, поздний секреторный путь определяется высоким поверхностным зарядом [28,44,45], возникающим в результате активного обогащения анионными липидами (в первую очередь фосфатидилсерином) в цитозольной створке этих мембран [46,47]. Таким образом, мембранный гомеостаз требует механизмов, которые могут определять присутствие этих особенностей на поверхности мембраны (). Ярким примером определения гидрофобных пустот (обратно связанных с упаковкой головной группы) является сворачивание амфипатических спиралей (AH) в мембраны [48]. Мотивы сенсора амфифатической упаковки липидов (ALPS), обнаруженные в белках раннего секреторного пути, содержат AH, состоящие из небольших полярных остатков на гидрофильной стороне и крупных ароматических остатков, проникающих в межфазные пустоты.Эти особенности придают сильную чувствительность к дефектам упаковки липидов и кривизне мембраны, но низкую чувствительность к поверхностному заряду [48,49]. Напротив, AH сенсоров позднего секреторного пути обычно имеют основные остатки в своих AH, чтобы взаимодействовать с высокой плотностью анионного поверхностного заряда, уникальной для этих мембран [48,49].

Ярким примером мембранного сенсора на раннем секреторном пути, который использует мотив ALPS для гомеостаза, является CCTα, фермент, ограничивающий скорость производства фосфатидилхолина (PC) из фосфатидилэтаноламина (PE) [38].Благодаря этой активности CCTα является центральным модулятором внутренней кривизны мембраны ER и монослоя вокруг липидных капель [50,51]. Нарушенное соотношение PC и PE вызывает клеточный стресс и серьезные морфологические изменения внутриклеточных органелл [52]. CCTα использует мотив ALPS для ощущения межфазных мембранных пустот, которые по своей природе возникают в мембранах с избытком PE из-за его небольшой гидрофильной головной группы [38,51]. Привлечение CCTα в мембрану через мотив ALPS индуцирует преобразование PE-в-PC для облегчения мембранного стресса.Помимо CCTα, ряд других белков используют AHs для определения свойств поверхности с целью контроля биогенеза мембран [53], активности липаз в липидных каплях [54] и обмена ферментов липидного метаболизма [55] (). Мы предполагаем, что подробные структурные и физико-химические свойства этих AH определяют относительную чувствительность белка к электростатике, дефектам упаковки липидов или к обоим.

Класс II — Обнаружение внутри мембраны

Отдельный класс белков определяет свойства мембраны внутри гидрофобного ядра бислоя.Насыщение липидов является ключевым фактором, определяющим фазовое поведение мембраны и объемную вязкость. Как неотъемлемая часть гомеовязкой реакции, насыщение ацильной цепи липидов активно модулируется специальными механизмами у бактерий, цианобактерий и грибов [7]. У дрожжей единственный ген десатуразы жирных кислот OLE1 контролируется двумя транскрипционными факторами Mga2 и Spt23, ответственными за определение плотности упаковки липидов в ядре мембраны ER [18]. Их сенсорный механизм основан на высокодинамичных гомодимерах трансмембранных спиралей (TMH) и массивном сенсорном остатке триптофана [17] ().TMH вращаются друг относительно друга, и совокупность различных состояний вращения определяется взаимодействием сенсорного остатка с липидной средой. Когда плотность упаковки липидов высока, Trp вынужден «прятаться» на границе раздела димеров; когда содержание ненасыщенных липидов велико и мембрана менее упакована, Trp перемещается в липидное ядро [17]. Этот новый механизм, безусловно, не единственный способ определить упаковку мембраны — датчики на основе ALPS также могут сообщать о плотности липидов ().Однако они также могут быть чувствительны к кривизне мембраны, тогда как Mga2 на основе TMH является более прямым репортером упаковки липидов в гидрофобном ядре.

Пример Mga2 подчеркивает важную тему, которая также может быть актуальной для других датчиков мембранного гомеостаза. Определяя свойство пухлости (здесь, упаковка липидов в гидрофобном ядре), Mga2 использует мембрану ER как платформу для интеграции сигналов [7]. Поскольку десатурация жирных кислот зависит от молекулярного кислорода, ненасыщенность липидов ЭР и результирующая упаковка липидов могут восприниматься Mga2 для регулирования гипоксической реакции.Важно отметить, что в то время как доступность молекулярного кислорода может измениться за секунды, липидный состав мембран интегрируется в гораздо более длительные периоды времени, что позволяет извлекать временную информацию об условиях окружающей среды.

Класс III — зондирование через бислой — сложные свойства эластичной мембраны

Различные нарушения липидного состава мембраны ЭР, включая накопление насыщенных мембранных липидов [24,56], нарушенное соотношение ПК и ПЭ [52] и аберрантный уровень стерола [57] активирует так называемый ответ развернутого белка (UPR) [58].UPR представляет собой крупномасштабную программу транскрипции (более 5% всех генов), которая контролирует секреторную способность клеток и гомеостаз белков. UPR в целом снижает скорость трансляции белков, но выборочно активирует механизмы, участвующие в биосинтезе липидов, сворачивании белков ER и секреции [58]. Недавно было обнаружено, что наиболее консервативный преобразователь UPR, Ire1, чувствителен к мембранным возмущениям [59], и делает это путем локального сжатия мембраны ER [20] ().Эта способность опосредована необычной архитектурой трансмембранной области: одиночный TMH Ire1 особенно короткий, но удлиняется с помощью соседней мембраны AH, которая вставляется в гидрофобное ядро мембраны, тем самым нарушая локальную среду и вызывая истончение бислой [20] (). Деформация бислоя сопряжена со значительными энергетическими затратами в напряженной мембране ER, и эти затраты могут быть минимизированы за счет объединения областей деформации, что, в свою очередь, управляет олигомеризацией Ire1.

Энергетическая стоимость деформаций эластичных мембран может быть значительной и сильно зависеть от липидного состава — выше в аберрантно жестких бислоев, ниже в обычно мягкой мембране ER [20]. Таким образом, олигомерное состояние и результирующая активность Ire1 чувствительны к свойствам материала мембраны, независимо от присутствия развернутых белков. Это понимание объясняет, как очевидно несвязанные нарушения липидного метаболизма приводят к идентичной реакции, а именно к активации UPR [20].Очевидно, что UPR, который первоначально был идентифицирован как стрессовая реакция на развернутые белки, накапливающие просвет ER, объединяет два типа информации: присутствие развернутых белков в просвете ER и сжимаемость мембраны, оба из которых вызывают кластеризацию и активация Ire1. Эта двойная способность воспринимать развернутые белки и аберрантные состояния липидов позволяет Ire1 уравновешивать относительную скорость биосинтеза белков и липидов, чтобы управлять оркестром мембранного биогенеза.

Эти примеры подчеркивают важность свойств объемных мембран в регуляции липидного и белкового обмена, гипоксии и UPR. Отсутствие стереоспецифичности этих сенсорных систем компенсируется присущей им универсальностью. Клетки дрожжей, например, могут адаптировать свой UPR и липидный метаболизм к свойствам жирных кислот, которые они даже не могут производить [17].

Выводы и перспективы

Различные физико-химические свойства мембран влияют на физиологию клеток как индивидуально, так и совместно.Гомеостаз этих важнейших характеристик требует наличия множества мембранных датчиков и модулей реакции. На сегодняшний день подробно описаны лишь некоторые из них. Поскольку свойства мембран часто взаимозависимы, по сути сложно установить точное обнаруживаемое свойство. Учитывает ли гомеостатическая программа, которая реагирует на изменения насыщения ацильной цепи липидов, упаковку липидов, боковое давление, сжимаемость мембраны или их комбинацию? Точно так же трудно контролировать эти свойства индивидуально, поскольку изменения липидного состава обязательно имеют многофакторный эффект.Более того, важно различать сенсорную и последующую исполнительную функции. Напр., Активность Ole1 является ключевым звеном в механизме мембранного гомеостаза, но только как эффектор. Кроме того, не каждый мембраночувствительный белок является мембранным сенсором. Некоторые белки могут полагаться на свойства данной мембраны для своей активности, не обязательно регулируя воспринимаемое свойство.

Мы предлагаем, чтобы на всех органеллярных мембранах присутствовали механизмы контроля и чувствительности для поддержания свойств мембраны.В результате совместной эволюции сенсорные модули могут отражать характерные свойства исследуемой мембраны. Это иллюстрируется отчетливыми физико-химическими особенностями связывания AH с мембранами раннего и позднего секреторного пути соответственно [49]. Аналогичной тенденции можно ожидать и в отношении эффекторных модулей. Эффекторы раннего секреторного пути влияют на ключевые липидные метаболические реакции или контролируют транскрипционные ответы на гомеостатическую обратную связь с свойствами мембран.Напротив, коррекция мембранного гомеостаза в сигнально-активных органеллах позднего секреторного пути особенно критична по времени. Здесь эффекторы, скорее всего, находятся в местах контакта с мембраной, действуя как белки-переносчики липидов, как показано на примере E-SYT [42], ORP5 / 8 [46] и Osh5 [40], участвующих в гомеостазе PS и холестерина в крови. ТГН и ЕР соответственно.

Как ясно из приведенного выше обсуждения, мы только начали царапать поверхность мембранных гомеостатических устройств.Накапливающиеся данные показывают, что эти механизмы, вероятно, будут разнообразными и гораздо более многочисленными, чем предполагалось ранее. Чтобы раскрыть механизмы мембранного восприятия, необходимо объединить классическую молекулярную клеточную биологию с компьютерным моделированием и экспериментов in vitro, экспериментов с изолированными сенсорами в определенных мембранных средах. Отнесение предполагаемой сенсорной молекулы к одному из трех классов сенсоров, описанных выше, может сузить экспериментальное пространство.

Благодарности

Эта работа поддержана Deutsche Forschungsgemeinschaft R.Э. и С. (SFB807 Транспорт и коммуникация через биологические мембраны). I.L. поддерживается грантом NIH / Национального института общих медицинских наук № R01GM114282, R01GM100078, R01GM124072. Работа поддержана Фондом Volkswagen [грант № 93089] R.E., и [грант № 93091] к I.L ..

Сноски

Заявление издателя: Это PDF-файл неотредактированной рукописи, принятой к публикации. В качестве услуги для наших клиентов мы предоставляем эту раннюю версию рукописи.Рукопись будет подвергнута копированию, верстке и рассмотрению полученного доказательства, прежде чем она будет опубликована в окончательной форме для цитирования. Обратите внимание, что во время производственного процесса могут быть обнаружены ошибки, которые могут повлиять на содержание, и все юридические оговорки, относящиеся к журналу, имеют отношение.

Ссылки

1. Моравцевич К., Оксли К.Л., Леммон М.А. Условные периферические мембранные белки: с ограниченной специфичностью. Структура. 2012; 20: 15–27. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 2.Сезгин Э., Левенталь И., мэр С., Эггелинг С. Тайна мембранной организации: состав, регуляция и роли липидных рафтов. Nat Rev Mol Cell Biol. 2017; 18: 361–374. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 3. Марш Д. Белковая модуляция липидов и наоборот в мембранах. Biochim Biophys Acta. 2008; 1778: 1545–75. [PubMed] [Google Scholar] 4. Шевченко А., Саймонс К. Липидомика: понимание липидного разнообразия. Nat Rev Mol Cell Biol. 2010; 11: 593–598. [PubMed] [Google Scholar] 5. Синенский М.Гомеовязкая адаптация — гомеостатический процесс, регулирующий вязкость мембранных липидов у Escherichia coli. Proc Natl Acad Sci U S. A. 1974; 71: 522–525. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 6. Синенский М. Адаптивное изменение фосфолипидного состава плазматических мембран от мутанта соматической клетки, дефектного в регуляции биосинтеза холестерина. J Cell Biol. 1980; 85: 166–9. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 7. Эрнст Р., Эйсинг К.С., Антонни Б. Гомеовязкая адаптация и регуляция мембранных липидов.J Mol Biol. 2016; 428: 4776–4791. [PubMed] [Google Scholar] 8. Хейзел-младший. Тепловая адаптация в биологических мембранах — это гомеовязкая адаптация. Annu Rev Physiol. 1995; 57: 19–42. [PubMed] [Google Scholar] 9. Сайта Э., Албанези Д., Де Мендоза Д. Толщина чувствительной мембраны: уроки, извлеченные из холодового стресса. Biochim Biophys Acta — липиды Mol Cell Biol. 2016; 1861: 837–846. [PubMed] [Google Scholar] 10. Cybulski LE, Martín M, Mansilla MC, Fernández A, De Mendoza D. Сигнал толщины мембраны для определения холода у бактерий.Curr Biol. 2010; 20: 1539–1544. [PubMed] [Google Scholar] 11. Holthuis JCM, Menon AK. Липидные ландшафты и трубопроводы в мембранном гомеостазе. Природа. 2014; 510: 48–57. [PubMed] [Google Scholar] 12. ван Меер Г., Фолькер Д. Р., Фейгенсон Г. В.. Мембранные липиды: где они и как ведут себя. Nat Rev Mol Cell Biol. 2008; 9: 112–124. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 13. Диаз-Рорер BB, Левенталь К.Р., Саймонс К., Левенталь I. Ассоциация мембранных рафтов является определяющим фактором локализации плазматической мембраны. Proc Natl Acad Sci.2014; 111: 8500–8505. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 14. Диаз-Рорер Б., Левенталь К.Р., Левенталь И. Рафтинг через трафик: Мембранные домены в сотовой логистике. Biochim Biophys Acta. 2014; 1838: 3003–3013. [PubMed] [Google Scholar] 15. Шарп Х. Дж., Стивенс Т. Дж., Мунро С. Комплексное сравнение трансмембранных доменов выявляет специфические для органелл свойства. Клетка. 2010. 142: 158–169. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 16. Лорент Дж. Х., Диаз-Рорер Б., Лин Х, Спринг К., Горфе А. А., Левенталь К. Р., Левенталь И.Структурные детерминанты и функциональные последствия сродства белка к мембранным рафтам. Nat Commun. 2017; 8: 1219. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 17. Ковино Р., Баллвег С., Стордер С., Михаэлис Дж. Б., Пут К., Верниг Ф., Бахрами А., Эрнст А. М., Хаммер Г., Эрнст Р. Эукариотический датчик для липидного насыщения мембраны. Mol Cell. 2016; 63: 49–59. выдающийся интерес — Covino et al . — Объединив генетические эксперименты, биохимические воссоздания и моделирование молекулярной динамики, это исследование выявило первый эукариотический датчик упаковки липидов в ядре мембраны ER, который контролирует десатурацию жирных кислот и, в конечном итоге, текучесть мембраны.[PubMed] [Google Scholar] 18. Ballweg S, Ernst R. Контроль текучести мембран: путь OLE в фокусе. Biol Chem. 2017; 398: 215–228. [PubMed] [Google Scholar] 19. Loewen CJR. Метаболизм фосфолипидов регулируется фактором транскрипции, чувствительным к фосфатидной кислоте. Наука. 2004. 304: 1644–1647. [PubMed] [Google Scholar] 20. Halbleib K, Pesek K, Covino R, Hofbauer HF, Wunnicke D, Hänelt I, Hummer G, Ernst R. Активация развернутого белкового ответа стрессом липидного бислоя. Mol Cell. 2017; 67: 673–684e8.выдающийся интерес — Halbleib et al . — Это исследование устанавливает молекулярную основу для активации реакции развернутого белка на стресс липидного бислоя. Используя комбинацию эксперимента и моделирования молекулярной динамики, установлена взаимозависимость сети протеостаза и физико-химических свойств мембраны ER. [PubMed] [Google Scholar] 21. Tulodziecka K, Diaz-Rohrer BB, Farley MM, Chan RB, Di Paolo G, Levental KR, Waxham MN, Levental I. Ремоделирование постсинаптической плазматической мембраны во время нервного развития.Mol Biol Cell. 2016; 27: 3480–3489. представляющих интерес — Tulodziecka et al . — Исследование липидомных и биофизических изменений, которые происходят в синаптических мембранах млекопитающих на раннем этапе развития, показывает, что резкое липидомное ремоделирование происходит в течение первых недель жизни. Примечательно, что, несмотря на массовые изменения липидов, текучесть мембран остается неизменной. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 22. Levental KR, Surma MA, Skinkle AD, Lorent JH, Zhou Y, Klose C, Chang JT, Hancock JF, Levental I. Полиненасыщенные жирные кислоты ω-3 направляют дифференцировку мембранного фенотипа в мезенхимальных стволовых клетках для усиления остеогенеза.Sci Adv. 2017; 3: eaao1193. выдающийся интерес — Levental et al. — Демонстрация разнообразия липидомов млекопитающих, показывающая, что даже близкородственные типы клеток могут иметь существенные, функционально значимые мембранные различия. Дифференциация мезенхимальных стволовых клеток в адипоциты по сравнению с остеобластами дает уникальные липидомы и физические свойства мембран, которые можно использовать для воздействия на спецификацию клонов. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 23. Клозе С., Сурма М.А., Герл М.Дж., Мейенхофер Ф., Шевченко А., Саймонс К.Гибкость липидома эукариот — выводы из липидомики дрожжей. PLoS One. 2012; 7: e35063. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 24. Surma MA, Klose C, Peng D, Shales M, Mrejen C, Stefanko A, Braberg H, Gordon DE, Vorkel D, Ejsing CS, et al. Липидный E-MAP идентифицирует Ubx2 как критический регулятор липидного насыщения и стресса липидного бислоя. Mol Cell. 2013; 51: 519–530. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 25. Левенталь К.Р., Лорен Дж. Х., Лин Х, Сцинкл А.Д., Сурма М.А., Штокенбойер Е.А., Горфе А.А., Левенталь И.Полиненасыщенные липиды регулируют стабильность мембранных доменов путем настройки мембранного порядка. Biophys J. 2016; 110: 1800–1810. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 26. Синдо Х., Косо Х., Сасаки Дж., Наканиси Х., Сагара Х., Накагава К. М., Такахаши Й., Хисикава Д., Иидзука-Хисикава Й., Токумасу Ф. и др. Докозагексаеновая кислота сохраняет зрительную функцию, поддерживая правильную морфологию диска в фоторецепторных клетках сетчатки. J Biol Chem. 2017; 292: 12054–12064. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 27. Лин Х, Лорен Дж. Х., Сцинкл А. Д., Левенталь К. Р., Ваксхэм М. Н., Горфе А. А., Левенталь И.Стабильность домена в биомиметических мембранах, обусловленная полиненасыщенностью липидов. J. Phys Chem B. 2016; 120: 11930–11941. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 28. Yeung T, Gilbert GE, Shi J, Silvius J, Kapus A, Grinstein S. Мембранный фосфатидилсерин регулирует поверхностный заряд и локализацию белка. Наука. 2008; 319: 210–3. [PubMed] [Google Scholar] 29. Saenz JP, Sezgin E, Schwille P, Simons K. Функциональная конвергенция гопаноидов и стеринов в мембранном порядке. Proc Natl Acad Sci. 2012; 109: 14236–14240.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 30. Boumann HA. Истощение фосфатидилхолина в дрожжах вызывает укорачивание и увеличение насыщения липидных ацильных цепей: данные о регуляции внутренней кривизны мембраны у эукариотов. Mol Biol Cell. 2005; 17: 1006–1017. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 31. Бернс М., Виссер К., Ву Дж., Левенталь И., Вич С.Л. Температуры перехода к смешиваемости зависят от температуры роста в клеточной линии рыбок данио. Биофиз Дж. 2017; 113: 1212–1222. представляющих интерес — Burns et al .- Эта статья предполагает, что разделение плазматической мембраны на сосуществующие упорядоченные и неупорядоченные фазы регулируется гомеостатически. Клетки рыб можно выращивать при разных температурах и изменять их липидомы с очевидной целью поддержания температуры разделения фаз. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 32. Марш Д. Профиль бокового давления, нарушение спонтанного искривления, а также включение и конформация белков в мембранах. Biophys J. 2007; 93: 3884–99. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 33.Cybulski LE, Ballering J, Moussatova A, Inda ME, Vazquez DB, Wassenaar TA, de Mendoza D, Tieleman DP, Killian JA. Активация бактериального термодатчика DesK включает мотив димеризации сериновой молнии, который модулируется толщиной бислоя. Proc Natl Acad Sci. 2015; 112: 6353–6358. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 34. Pinot M, Vanni S, Pagnotta S, Lacas-Gervais S, Payet L-a, Ferreira T, Gautier R, Goud B, Antonny B, Barelli H. Полиненасыщенные фосфолипиды способствуют деформации мембран и делению эндоцитарными белками.Наука. 2014; 345: 693–697. [PubMed] [Google Scholar] 35. Stordeur C, Puth K, Sáenz JP, Ernst R. Перекрестные помехи гомеостаза липидов и белков для поддержания мембранной функции. Biol Chem. 2014; 395: 313–326. [PubMed] [Google Scholar] 36. Раданович Т., Рейнхард Дж., Баллвег С., Песек К., Эрнст Р. Новая группа датчиков свойств мембран контролирует физическое состояние органелл для поддержания их идентичности. Биологические исследования. 2018 doi: 10.1002 / bies.201700250. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 37. Пут К., Хофбауэр Х. Ф., Санц Дж. П., Эрнст Р.Гомеостатический контроль биологических мембран с помощью специальных сенсоров для упаковки липидов и мембран. Biol Chem. 2015; 396: 1043–1058. [PubMed] [Google Scholar] 38. Корнелл РБ. Определение состава мембранных липидов с помощью индуцибельной амфипатической спирали CCT. Biochim Biophys Acta — липиды Mol Cell Biol. 2016; 1861: 847–861. [PubMed] [Google Scholar] 39. О’Хара Л., Хан Г.С., Сью П.С., Гримси Н., Карман Г.М., Синиоссоглу С. Контроль синтеза фосфолипидов путем фосфорилирования дрожжевой липиновой Pah2p / Smp2p Mg2 + -зависимой фосфатидатфосфатазы.J Biol Chem. 2006; 281: 34537–34548. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 40. Месмин Б., Бигей Дж., Полидори Дж., Джамекна Д., Лакас-Жерве С., Антонни Б. Перенос стерола, потребление PI4P и контроль порядка мембранных липидов с помощью эндогенного OSBP. EMBO J. 2017; 36: 3156–3174. выдающийся интерес — Месмин и др. . — Это исследование дает представление об организации переноса стеролов между ER и сетью Гольджи trans (TGN). Это показывает, что транспорт стерола посредством OSBP, оборот фосфатидилинозитол-4-фосфата и градиент липидного порядка вдоль секреторного пути по своей природе связаны в живых клетках.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 41. Месмин Б., Бигей Дж., Мозер фон Фильзек Дж., Лакас-Жерве С., Дрин Дж., Антонни Б. Четырехступенчатый цикл, управляемый гидролизом PI (4) P, направляет обмен стерола / PI (4) P посредством связи ER-Golgi OSBP. Клетка. 2013; 155: 830–843. [PubMed] [Google Scholar] 42. Bian X, Saheki Y, De Camilli P. Ca 2+ высвобождает аутоингибирование E-Syt1, чтобы связать связывание ER-плазматической мембраны с транспортом липидов. EMBO J. 2018; 37: 219–234. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 43. Дрин Г. Топологическая регуляция липидного баланса в клетках.Анну Рев Биохим. 2014; 83: 51–77. [PubMed] [Google Scholar] 44. Бигей Дж., Антонни Б. Кривизна, упаковка липидов и электростатика мембранных органелл: определение клеточных территорий при определении специфичности. Dev Cell. 2012; 23: 886–895. [PubMed] [Google Scholar] 45. Fairn GD, Schieber NL, Ariotti N, Murphy S, Kuerschner L, Webb RI, Grinstein S, Parton RG. Картирование с высоким разрешением показывает топологически различные клеточные пулы фосфатидилсерина. J Cell Biol. 2011; 194: 257–275. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 46.Chung J, Torta F, Masai K, Lucast L, Czapla H, Tanner LB, Narayanaswamy P, Wenk MR, Nakatsu F, De Camilli P. Противотранспорт PI4P / фосфатидилсерина в ORP5- и ORP8-опосредованных контактах ER-плазматической мембраны. Наука. 2015; 349: 428–32. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 47. Поморский Т, Менон А.К. Липидные флиппазы и их биологические функции. Cell Mol Life Sci. 2006; 63: 2908–2921. [PubMed] [Google Scholar] 48. Дрин Г., Антонни Б. Амфипатические спирали и кривизна мембраны. FEBS Lett. 2010; 584: 1840–1847.[PubMed] [Google Scholar] 49. Антонни Б. Механизмы определения кривизны мембраны. Анну Рев Биохим. 2011; 80: 101–23. [PubMed] [Google Scholar] 50. Krahmer N, Guo Y, Wilfling F, Hilger M, Lingrell S, Heger K, Newman HW, Schmidt-Supprian M, Vance DE, Mann M, et al. Синтез фосфатидилхолина для увеличения липидных капель опосредуется локальной активацией CTP: фосфохолинцитидилилтрансферазы. Cell Metab. 2011; 14: 504–515. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 51. Превост С., Шарп М.Э., Кори Н., Линь К., Вот Г.А., Фарез Р.В., Вальтер ТК.Механизм и детерминанты нацеливания амфипатического спирального белка на липидные капли. Dev Cell. 2018; 44: 73–86e4. представляющих интерес — Prévost et al . — Объединив генетические и биофизические подходы с моделированием молекулярной динамики, это исследование устанавливает молекулярную основу для нацеливания AH-содержащих белков на поверхность липидных капель. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 52. Тибо Дж., Шуй Дж., Ким В., Макалистер Г. К., Исмаил Н., Гайги С. П., Венк М. Р., Нг Д. Т.. Мембранная реакция на стресс сдерживает летальные эффекты липидного дисбаланса путем перепрограммирования сети белкового гомеостаза.Mol Cell. 2012; 48: 16–27. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 53. Karanasios E, Han G-S, Xu Z, Carman GM, Siniossoglou S. Регулируемая фосфорилированием амфипатическая спираль контролирует мембранную транслокацию и функцию дрожжевой фосфатидатфосфатазы. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2010; 107: 17539–44. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 54. Rowe ER, Mimmack ML, Barbosa AD, Haider A, Isaac I, Ouberai MM, Thiam AR, Patel S, Saudek V, Siniossoglou S и др. Консервированные амфипатические спирали опосредуют нацеливание липидных капель на перилипины 1–3.J Biol Chem. 2016; 291: 6664–6678. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 55. Чуа Н.К., Хау В., Джатана Н., Тукрал Л., Браун А.Дж. Консервативный дегрон, содержащий амфипатическую спираль, регулирует опосредованный холестерином оборот скваленмонооксигеназы человека, фермента, ограничивающего скорость синтеза холестерина. J Biol Chem. 2017; 292: 19959–19973. представляющих интерес — Chua et al . — Это исследование идентифицирует чувствительный к мембране дегрон, который контролирует протеолитический оборот ключевого фермента в биосинтезе холестерина.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 56. Deguil J, Pineau L, Rowland Snyder EC, Dupont S, Beney L, Gil A, Frapper G, Ferreira T. Модуляция индуцированного липидами стресса ER с помощью формы жирной кислоты. Движение. 2011; 12: 349–362. [PubMed] [Google Scholar] 57. Pineau L, Colas J, Dupont S, Beney L, Fleurat-Lessard P, Berjeaud JM, Bergès T, Ferreira T. Липид-индуцированный стресс ER: синергетические эффекты стеринов и насыщенных жирных кислот. Движение. 2009. 10: 673–690. [PubMed] [Google Scholar] 58. Уолтер П., Рон Д. Развернутый белковый ответ: от стрессового пути к гомеостатической регуляции.Наука. 2011; 334: 1081–1086. [PubMed] [Google Scholar]

Клеточные механизмы физико-химического гомеостаза мембран

Curr Opin Cell Biol. Авторская рукопись; доступно в PMC 1 августа 2019 г.

Опубликован в окончательной отредактированной форме как:

PMCID: PMC6131038

NIHMSID: NIHMS968082

Robert Ernst

Стефани Баллвег

Илья Левенталь

Abstract

Введение: клеточные мембраны являются активными, отзывчивыми биоматериалами

Многоликость мембранного гомеостаза

Физико-химический гомеостаз мембраны

Системы ощущения и реакции для мембранного гомеостаза

Таблица 1

Свойства объемной мембраны, их детерминанты и их (потенциальные) датчики

Поведение фазы мембраны

Свойства объемной мембраны	Главный определяющий фактор	Потенциальные чувствительные механизмы / Примерный датчик	Класс датчика
	плотность заряда	Концентрация заряженных липидов (например, PA, PS и фосфоинозитидов)	Зондирование электростатики амфипатической спиралью с основными остатками / CCT [38], Pah2 [39]	Класс I
Боковое давление на поверхности мембраны , связанное с упаковкой липидов	Головные группы липидов и ацильные цепи, форма липидов	Постепенное сворачивание AH в дефектах упаковки / CCT [38], скваленмонооксигеназа [55]	Класс I
Боковое давление в ядре мембраны , связанное с упаковкой липидов	Головные группы липидов и ацил цепи, содержание стерола, форма липидов	Конформационные изменения (например,г. спираль: вращения спирали) чувствительны к профилю бокового давления / Mga2 [17,18]	Класс II
Липидная упаковка / Порядок мембран	Насыщение липидов, содержание стеролов	Mga2 [17,18], CCT [38], скваленмонооксигеназа [55]	Класс I / II
Толщина мембраны	Гидрофобная толщина белков, Длина липидов, Содержание стерола	Гидрофильные остатки вызывают конформационные изменения при увеличении толщины / DesK [9 , 10]	Класс III
Сжимаемость мембраны	Взаимодействие липидных групп, упаковка липидов, содержание стеролов	Локальное сжатие мембраны стабилизирует олигомерное состояние при снижении сжимаемости / Ire1 [29]	24 Класс III
Текучесть / вязкость мембраны	Липидная набивка	Определение частоты столкновений мембраны Составляющие браны	Класс I / II / III
Собственная кривизна (каждой створки)	Форма липида	Требуется зондирование на поверхностях и поперек бислоя	Класс I / III	Класс I / III	в TGN / PM: содержание сфинголипидов и стеринов, липидное насыщение	Преодоление напряженности линии между сосуществующими липидными нанодоменами Большой белок может определять изменения в своей локальной среде	Класс II / III
Жесткость / жесткость при изгибе	Головные группы липидов и ацильные цепи, форма липидов, электростатика	Моторные белки могут влиять на жесткость мембран при изгибе мембраны и тубуляции	Класс I / III

Основные механизмы датчиков свойств мембраны

Класс I — зондирование на поверхности мембраны

Класс II — Обнаружение внутри мембраны

Класс III — зондирование через бислой — сложные свойства эластичной мембраны

Выводы и перспективы

Благодарности

Сноски

Ссылки

Клеточные механизмы физико-химического гомеостаза мембран

Curr Opin Cell Biol. Авторская рукопись; доступно в PMC 1 августа 2019 г.

Опубликован в окончательной отредактированной форме как:

PMCID: PMC6131038

NIHMSID: NIHMS968082

Robert Ernst

Стефани Баллвег

Илья Левенталь

Abstract

Введение: клеточные мембраны являются активными, отзывчивыми биоматериалами

Многоликость мембранного гомеостаза

Физико-химический гомеостаз мембраны

Системы ощущения и реакции для мембранного гомеостаза

Таблица 1

Свойства объемной мембраны, их детерминанты и их (потенциальные) датчики

Поведение фазы мембраны

Свойства объемной мембраны	Главный определяющий фактор	Потенциальные чувствительные механизмы / Примерный датчик	Класс датчика
	плотность заряда	Концентрация заряженных липидов (например, PA, PS и фосфоинозитидов)	Зондирование электростатики амфипатической спиралью с основными остатками / CCT [38], Pah2 [39]	Класс I
Боковое давление на поверхности мембраны , связанное с упаковкой липидов	Головные группы липидов и ацильные цепи, форма липидов	Постепенное сворачивание AH в дефектах упаковки / CCT [38], скваленмонооксигеназа [55]	Класс I
Боковое давление в ядре мембраны , связанное с упаковкой липидов	Головные группы липидов и ацил цепи, содержание стерола, форма липидов	Конформационные изменения (например,г. спираль: вращения спирали) чувствительны к профилю бокового давления / Mga2 [17,18]	Класс II
Липидная упаковка / Порядок мембран	Насыщение липидов, содержание стеролов	Mga2 [17,18], CCT [38], скваленмонооксигеназа [55]	Класс I / II
Толщина мембраны	Гидрофобная толщина белков, Длина липидов, Содержание стерола	Гидрофильные остатки вызывают конформационные изменения при увеличении толщины / DesK [9 , 10]	Класс III
Сжимаемость мембраны	Взаимодействие липидных групп, упаковка липидов, содержание стеролов	Локальное сжатие мембраны стабилизирует олигомерное состояние при снижении сжимаемости / Ire1 [29]	24 Класс III
Текучесть / вязкость мембраны	Липидная набивка	Определение частоты столкновений мембраны Составляющие браны	Класс I / II / III
Собственная кривизна (каждой створки)	Форма липида	Требуется зондирование на поверхностях и поперек бислоя	Класс I / III	Класс I / III	в TGN / PM: содержание сфинголипидов и стеринов, липидное насыщение	Преодоление напряженности линии между сосуществующими липидными нанодоменами Большой белок может определять изменения в своей локальной среде	Класс II / III
Жесткость / жесткость при изгибе	Головные группы липидов и ацильные цепи, форма липидов, электростатика	Моторные белки могут влиять на жесткость мембран при изгибе мембраны и тубуляции	Класс I / III

Основные механизмы датчиков свойств мембраны

Химические свойства клетки — Школьные Знания.com

15. Физико-химические свойства гиалоплазмы. Ее значение в жизнедеятельности клетки.

16. Что такое органеллы? Какова их роль в клетке? Классификация органелл.

17. Мембранные органеллы. Митохондрии, их структура и функции.

Общий анализ мокроты

Представлены результаты комплексных программ ИБХ РАН и ИНЦ РАН в области конструирования лекарств будущего и выращивания клеток для регенеративной медицины

Страница не найдена |

Архив за месяц

Архивы

Метки

Что нужно знать о канцерогенах

2. Вода и её роль в жизнедеятельности клетки

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Клеточные механизмы физико-химического гомеостаза мембран

Robert Ernst

Стефани Баллвег

Илья Левенталь

Abstract

Введение: клеточные мембраны являются активными, отзывчивыми биоматериалами

Многоликость мембранного гомеостаза

Системы ощущения и реакции для мембранного гомеостаза

Таблица 1

Класс I — зондирование на поверхности мембраны

Класс II — Обнаружение внутри мембраны

Класс III — зондирование через бислой — сложные свойства эластичной мембраны

Выводы и перспективы

Благодарности

Сноски

Ссылки

Клеточные механизмы физико-химического гомеостаза мембран

Robert Ernst

Стефани Баллвег

Илья Левенталь

Abstract

Введение: клеточные мембраны являются активными, отзывчивыми биоматериалами

Многоликость мембранного гомеостаза

Системы ощущения и реакции для мембранного гомеостаза

Таблица 1

Класс I — зондирование на поверхности мембраны

Класс II — Обнаружение внутри мембраны

Класс III — зондирование через бислой — сложные свойства эластичной мембраны

Выводы и перспективы

Благодарности

Сноски

Ссылки

Клеточные механизмы физико-химического гомеостаза мембран

Robert Ernst

Стефани Баллвег

Илья Левенталь

Abstract

Введение: клеточные мембраны являются активными, отзывчивыми биоматериалами

Многоликость мембранного гомеостаза

Системы ощущения и реакции для мембранного гомеостаза

Таблица 1

Класс I — зондирование на поверхности мембраны

Класс II — Обнаружение внутри мембраны

Класс III — зондирование через бислой — сложные свойства эластичной мембраны

Выводы и перспективы

Благодарности

Сноски

Ссылки

Добавить комментарий Отменить ответ