Глава 1. Биогенез мембран и метаболизм мембранных липидов

Фосфолипиды — основные компоненты биомембран. Они не­прерывно синтезируются в эндоплазматическом ретикулуме и аппарате Гольджи. Холестерин синтезируется в эндоплазматическом ретикулуме, а также доставляется в клетки с помощью опо­средованного рецепторами эндоцитоза.

Синтез фосфатидилэтаноламина и фосфатидилхолина, осуще­ствляющийся с помощью этанола мин- и холинфосфодиэстеразы, протекает как в эндоплазматическом ретикулуме, так и в аппа­рате Гольджи. Однако около 90% активности этих ферментов в клетках печени локализовано в эндоплазматическом ретикулуме и только 1% — в аппарате Гольджи. В очищенной плазматической мембране клеток печени активность этого фермента не обнаружена. Синтез фосфатидилинозитола идет в микросомной фракции печени и мозга, тогда как синтез фосфатидилглицерина и кардиолипина происходит в митохондриях, где эти липиды преимущественно и локализуются.

В процессе превращения фосфатидилсерина в фосфатидил- этаноламин в митохондриях, а также при синтезе сфингомиелина с помощью переноса фосфохолиновой группы от фосфатидилхолина к церамиду в плазматической мембране в качестве субстратов используются фосфолипиды, синтезированные ранее в эндоплазматическом ретикулуме. Таким образом, внутриклеточный транспорт липидов — важнейший процесс биогенеза клеточных мембран.

Липиды доставляются не только к определенным органеллам,. но и встраиваются в соответствующий монослой мембраны, обусловливая ее асимметричность. Асимметричность мембран определяется не только различием фосфолипидного состава внешнего и внутреннего слоев, но и различной насыщенностью жирнокислотных остатков, входящих в состав этих фосфолипидов.

Эндоплазматический ретикулум поставляет липиды всем органеллам клетки и плазматической мембране. Ферменты, включающиеся в финальную стадию биосинтеза фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина, локализованы на цитоплазматической поверхности микросомных везикул, выделяемых из клеток печени крыс. Последующие исследования показали, что синтез фосфати- дилсерина и фосфатидилинозита также локализован на этой поверхности. Поскольку липиды эндоплазматического ретикулума органи-зованы в бислои, то, естественно, возникает вопрос, как синтезированные на внешней поверхности бислоя липиды транспортируются на внутреннюю сторону мембраны.

Изучение трансмембранного перемещения липидов шло в трех направлениях.

1. Изучение липидных везикул. Было показано, что время полуобмена липидов между наружным и внутренним слоями очень велико и не может иметь физиологического значения.

2. Исследование мембран эритроцитов и мик­росомных везикул показало, что обмен липидов в нативных мембранах между внутренним и внешним слоями происходит достаточно медленно (в течение нескольких часов). Позднее было продемонстрировано, что в быстро растущих клетках (микросо- мальная фракция бактерии Bacillus megaterium) полуобмен липидами между различными сторонами мембраны происходит в течение нескольких минут. Отсутствие сколь значительного транс-мембранного переноса липидов в везикулах, полученных из мембранных фосфолипидов, позволило предположить необходимость специального фермента «флиппазы». Существование такого фермента было постулировано Бретчером в 1978 г.

3. Исследования, направленные на по иск этого гипотетического фермента — переносчика липидов, способов регистрации его активности. Сравнение скорости трансмембранного переноса диглицерида (очень быстрая) со скоростью обмена соответствующего фосфатидилдиглицерина (очень медленная) позволило предположить, что в движении через мембрану основным препятствием служат гидрофильные полярные группы фосфолипидов. Было выдвинуто предположение, что «флиппаза» облегчает транспорт полярных группировок через мембрану.

В.Р. Бишоп и Р.М. Бели в 1984 г. нашли в микросомных мемб-ранах печени крыс переносчик для водорастворимых короткоце­почечных фосфолипидов. Транспорт этих липидов не регистрировался в клетках крови и липидных везикулах, а в микросомах был весьма чувствителен к действию протеолитических ферментов и обработке N-этилмалеимидом. Интересно, что этот транспортный белок различал изомеры зп-1,2-фосфатидилхолин;

sn-2,3-фосфатидилхолин, перенося их через микросомальиую мембрану с раз­личной скоростью.

В настоящее время «флиппаза» не выделена в чистом виде и, несмотря на ряд экспериментов, подтверждающих существование этого переносчика, остается гипотетическим ферментом. Недавно было показано, что транспорт аминосодержащих фосфолипидов ^:через эритроцитарную мембрану требует энергии АТФ. Возможно, что «флиппазы» представляют новый вид АТФаз.