Биомембраны

Жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, невозможно представить без биомембраны, разделяющей «внутренний мир» клетки и всё остальное пространство. Мембрана обеспечивает взаимодействие клетки с внешней средой, избирательно пропуская многие вещества, а также является средой протекания множества биохимических процессов. И хотя большую часть полезной работы выполняют белки, которыми мембрана буквально «нашпигована», роль липидного матрикса не стоит недооценивать. Липиды — это не просто «океан», в котором плавают белки. Это «умный» океан, чьи физико-химические свойства были тщательно подобраны в ходе эволюции так, чтобы создать эффективную платформу для функционирования и взаимодействия мембранных белков.

В основе «животного электричества» и вообще всех электробиохимических потенциалов, столь важных для существования любой формы жизни, лежат ионные каналы, способные управлять прохождением тех или иных заряженных частиц через биологическую мембрану. Каналы, селективно пропускающие ионы натрия, отвечают за начальную фазу электрического возбуждения многих клеток, на котором держится передача нервных импульсов, сокращение мышц, секреция гормонов и многое другое. После многих лет исследований ученым удалось получить пространственную структуру потенциал-чувствительного натриевого канала, — правда, пока это канал бактерий, устроенный более просто, чем канал животных. Трехмерная организация проводящей поры и домена, «чувствующего» электрический потенциал, поможет лучше понять тонкости электрической активности возбудимых тканей и даст исследователям новое оружие против невралгических болей, эпилепсии и аритмии.

На сегодняшний день общепринято, что человек различает пять базовых вкусов — горький, сладкий, солёный, кислый и умами (вкус глутамата натрия), — а гастрономические нюансы являются их органолептической комбинаций с «примесью» запахов и механической чувствительности языка и верхнего отдела глотки. Новое исследование расширяет «горизонты вкуса», добавляя к этому списку рецептор вкуса углекислого газа (CO2), используемого для получения газированной воды и содержащегося в пиве и игристых винах. Американские учёные открыли, что этот рецептор — карбоангидраза 4, которая находится в мембранах рецепторных клеток кислого вкуса, расположенных во вкусовых сосочках языка.

Слух — чрезвычайно тонкое чувство, позволяющее одновременно воспринимать множество звуков различной громкости и частоты. Восприятие звуков основано на механическом взаимодействии звуковых волн с микроворсинками внутреннего уха, деформация которых вызывает деполяризацию мембран волосковых клеток сенсорной зоны. Недавно обнаружилось, что высочайшая чувствительность слухового анализатора к тихим звукам обязана «встроенному» механоэлектрическому усилителю, основанному на флексоэлектрическом эффекте: деполяризация мембраны вызывает дополнительные механические колебания и деформации микроворсинок, замыкая контур положительной обратной связи, благодаря которому мы можем слышать тихие звуки.

Более трети всех синтезируемых клеткой белков секретируется либо встраивается в мембрану, то есть — подвергается трансмембранному переносу. Этот процесс осуществляет специальный транслокационный комплекс, состоящий у бактерий из интегрального мембранного канала SecY и «мотора» SecA, который с помощью энергии АТФ «проталкивает» белóк через узкий канал SecY. До недавнего времени этот процесс был изучен только в самом общем виде (хотя было известно, например, в каких случаях белóк будет «вытолкнут» из клетки, а в каких — останется в мембране). Последние исследования пролили свет на молекулярный механизм взаимодействия SecY–SecA и то, как они осуществляют транспорт белков.

Всем известно, что ментол — вещество, содержащееся в листьях перечной мяты — добавляют в леденцы, чтобы создать свежее, прохладное ощущение во рту. Однако каким образом этот растительный метаболит связан с ощущением температуры? Американские учёные экспериментально подтвердили гипотезу, согласно которой ментоловый рецептор является одним из основных сенсоров холода.

Синаптические везикулы осуществляют доставку и высвобождение нейромедиаторов в межсинаптическое пространство в месте соприкосновения двух нервных окончаний, участвуя в передаче сигналов в нервной системе. Недавно опубликованная статья [1] в журнале Cell содержит наиболее подробное на настоящий момент описание синаптической везикулы.