Взаимодействие белков с липидами — это влияние мембранных белков на физическое состояние липидов или наоборот.
Вопросы, которые имеют отношение к пониманию структуры и функции мембраны , следующие: 1) Связываются ли внутренние мембранные белки прочно с липидами (см. кольцевую липидную оболочку ), и какова природа слоя липидов, прилегающего к белку? 2) Оказывают ли мембранные белки долгосрочное воздействие на порядок или динамику мембранных липидов? 3) Как липиды влияют на структуру и/или функцию мембранных белков? 4) Как периферические мембранные белки , которые связываются с поверхностью слоя, взаимодействуют с липидами и влияют на их поведение?
Большие исследовательские усилия включают подходы к выяснению того, имеют ли белки сайты связывания, которые являются специфическими для определенных липидов, и можно ли считать комплексы белок-липид долгоживущими, порядка времени, необходимого для оборота типичного фермента , то есть 10−3 сек . Это теперь известно благодаря использованию 2H -ЯМР , ЭПР и флуоресцентных методов.
Существует два подхода, используемых для измерения относительного сродства связывания липидов со специфическими мембранными белками. Они включают использование липидных аналогов в реконструированных фосфолипидных везикулах, содержащих интересующий белок: 1) Спин-меченые фосфолипиды ограничены в движении, когда они соседствуют с мембранными белками. Результатом является компонент в спектре ЭПР , который уширяется. Экспериментальный спектр можно проанализировать как сумму двух компонентов, быстро переворачивающихся видов в «объемной» липидной фазе с острым спектром и двигательно ограниченного компонента, соседствующего с белком. Денатурация мембранного белка вызывает дальнейшее расширение спектра спиновой метки ЭПР и проливает больше света на взаимодействия мембранных липидов с белками [1] 2) Спин-меченые и бромированные производные липидов способны гасить внутреннюю флуоресценцию триптофана из мембранных белков. Эффективность гашения зависит от расстояния между липидным производным и флуоресцентными триптофанами.
Большинство экспериментов 2 H-ЯМР с дейтерированными фосфолипидами показывают, что присутствие белков мало влияет ни на параметр порядка липидов в бислое, ни на динамику липидов , как измерено по времени релаксации. Общий взгляд, полученный в результате экспериментов ЯМР, заключается в следующем: 1) скорость обмена между граничными и свободными липидами высока (10 7 сек −1 ), 2) параметры порядка связанного липида едва ли зависят от соседства с белками, 3) динамика переориентаций ацильной цепи замедляется лишь незначительно в диапазоне частот 10 9 сек −1 , и 4) ориентация и динамика полярных головных групп также не зависят от соседства с трансмембранными белками . Спектр 13 C-ЯМР также дает информацию о специфических липидно-белковых взаимодействиях биомембран [2]
Недавние результаты с использованием немаркированных оптических методов, таких как двойная поляризационная интерферометрия , которая измеряет двойное лучепреломление [3] (или порядок) внутри липидных бислоев, были использованы для того, чтобы показать, как взаимодействия пептидов и белков могут влиять на порядок бислоя, в частности, демонстрируя связь в реальном времени с бислоем и критической концентрацией пептидов, после которой пептиды проникают и нарушают порядок бислоя. [4]
Методы твердотельного ЯМР обладают потенциалом для получения подробной информации о динамике отдельных аминокислотных остатков в мембранном белке. Однако эти методы могут потребовать больших количеств (100–200 мг) изотопно-меченых белков и наиболее информативны при применении к небольшим белкам, где возможны спектроскопические отнесения.
Многие периферические мембранные белки связываются с мембраной в первую очередь посредством взаимодействия с интегральными мембранными белками . Но существует разнообразная группа белков, которые напрямую взаимодействуют с поверхностью липидного бислоя . Некоторые, такие как основной белок миелина и спектрин, играют в основном структурную роль. Ряд водорастворимых белков могут связываться с поверхностью бислоя временно или при определенных условиях.
Процессы неправильного сворачивания , обычно обнажающие гидрофобные области белков, часто связаны со связыванием с липидными мембранами и последующей агрегацией, например, при нейродегенеративных расстройствах , нейрональном стрессе и апоптозе . [5]