Для понимания современных представлений об активации лимфоцита не-обходимо начать с описания клеточной мембраны [41. Непрерывная основа плазматической мембраны построена из молекул липидов. Даже в клетках, подобных лимфоцитам, где белки составляют существенную часть общей массы мембраны, они не образуют непрерывной фазы, а существуют в виде отдельных молекул, плавающих в море липидов (рис. 12.2). Основная часть липидов — это фосфолипиды, в которых к двум гидроксильным группам глицерола при-соединены эфиры жирных кислот, а третья гидроксильная группа замещена фосфатом, связанным в свою очередь с еще одной группой, обычно холином, этаноламином или серином, Фосфолипиды в мембране образуют двойной слой, в котором углеводородные цепи жирных кислот, как и все другие молекулы, принимают конформацию, наиболее энергетически выгодную, располагаясь перпендикулярно мембранной поверхности и формируя гидрофобную, не до-ступную для воды и ионов внутреннюю среду мембраны, а заряженные фос-фатные и холиновые группы располагаются на поверхности мембраны, где они взаимодействуют с водной средой снаружи или внутри клетки.

Некоторые боковые цепи в белках имеют заряженные или гидрофильные группы, тогда как боковые группы белков гидрофобны. Находясь в водном окружении, гидрофобные группы взаимодействуют друг с другом, пытаясь исключить воду из внутренней части белковой молекулы. В то же время заря-женные илихпособные образовывать водородные связи боковые группы стре-мятся оказаться на наружной поверхности белка. Внутри мембраны, однако, гидрофобные боковые цепи аминокислотных остатков могут взаимодействовать с цепями жирных кислот. Все белки, ассоциированные с мембранами, можно разделить на два типа. Интегральные мембранные белки — это такие белки, которые нельзя отделить от мембраны, не разрушив их гидрофобных взаимо-

действий с липидами. Удаление таких белков из мембраны требует обработки детергентами или органическими растворителями. Если эти белки перевести из мембраны в водное окружение, то их конформация резко изменится, посколь¬ку при таком переходе затрачивается энергия, необходимая для того, чтобы находящиеся в мембране части белковой молекулы вывернуть наизнанку. Пери-ферические мембранные белки могут быть отделены от мембраны с помощью водных буферных растворов. Это типичные глобулярные белки с гидрофиль-ными поверхностями. Они эффективно взаимодействуют с локализованными на поверхности двойного слоя заряженными и образующими водородные связи группами фосфолипидов и интегральных мембранных белков (рис. 12.2).

Описанная выше обобщенная модель мембраны была названа — по имени предложивших ее авторов — жидкостно-мозаичной моделью Зингера, Николсо-на и Посте [4, 5]. Некоторые положения этой модели дают представление о том, как функционирует мембрана лимфоцита. Во-первых, хотя в принципе не исклю¬чено, что какой-нибудь небольшой сильногидрофобный белок мог оказаться полностью окруженным мембраной и взаимодействовать только с липидом, однако подавляющая часть известных в настоящее время интегральных белков имеет наряду с гидрофобными и гидрофильные участки, в которых обычно обна¬руживаются углеводы (т. е. интегральные белки представляют собой гликопро¬теины). Гидрофильные участки интегральных белков выступают с наружной

(или внутренней) стороны мембраны. Чтобы перевернуть такой белок или погру-зить его гидрофильные (в том числе углеводные) участки в липидную фазу, требуется значительная энергия. Поэтому интегральные белки сохраняют в мем-бране вертикальное положение, плавая в липидном «море» подобно поплавку. При этом белки могут довольно легко перемещаться в плоскости мембраны за счет латеральной диффузии, которая весьма велика по сравнению с диффузией белка такого же размера в водной среде, поскольку в воде диффузия идет в трех измерениях, тогда как в мембране — лишь в двух. Однако в мембране подвиж-ность интегральных белков может быть ограничена из-за взаимодействий с дру-гими мембранными белками.

Изучение взаимодействия между интегральными мембранными белками, несомненно, поможет понять, как связывание лигандов с молекулами рецепто¬ров на клеточной поверхности может инициировать сигнал, приводящий в конце концов к активации клетки. Рассмотрим, например, поверхностный иммуногло-булин В-лимфоцита, представляющий собой интегральный мембранный глико-протеин. Мы могли бы предположить, что несколько молекул иммуноглобули¬нов сшиваются друг с другом антигеном и в таком виде оказываются способ¬ными взаимодействовать с каким-то другим интегральным мембранным белком. Это взаимодействие будет изменять конформацию этого последнего белка или его распределение на внутренней поверхности мембраны. В результате белок приобретет новые связывающие или ферментативные свойства, что приведет к запуску следующего этапа программы активации лимфоцита.

Наши исследования мембран лимфоцитов до сих пор носят описательный характер. Большинство из известных нам мембранных белков были идентифи-цированы и выделены по их антигенным свойствам. Антигенные детерминанты этих белков, будь то участки полипептидной цепи или углеводы, должны рас-полагаться на наружной поверхности клетки и быть доступными для связыва¬ния с антителом. Разработка методов изучения структуры и молекулярных взаимодействий внутримембранных частей интегральных белков находится в зачаточном состоянии, однако для решения этих задач, по-видимому, можно использовать и уже существующие методы, такие, как электронный парамаг-нитный резонанс (ЭПР), называемый также иногда электронным спиновым резонансом, и ядерный магнитный резонанс (ЯМР).
При использовании метода ЭПР меченный по спину гидрофобный зонд, имеющий парамагнитные свойства из-за наличия неспаренного электрона, вво-дится внутрь мембраны.

Собственный магнитный момент неспаренного электрона (спин) прецесси-рует вокруг вектора прикладываемого магнитного поля подобно волчку с ха¬рактерной частотой (в области сверхвысоких частот).

У других входящих в состав мембраны молекул этого не наблюдается, поскольку у них нет неспаренного электрона. Радиоволна, направленная пер-пендикулярно вектору магнитного поля, будет поглощаться спиновой меткой, если частота электромагнитных колебаний соответствует характерной частоте прецессии метки. Полоса поглощения окажется узкой, если возможен резонанс спиновой метки с электромагнитной волной (в жидкой фазе), но если метка жестко фиксирована за счет взаимодействия с соседними молекулами, так, что она не способна реагировать на магнитное поле, поглощения наблюдаться не бу¬дет. Вводя в мембраны спин-меченые молекулы (например, фосфолипиды), имеющие неспаренные электроны в различных положениях, можно, изучая ЭПР-спектры этих молекул, сделать выводы относительно степени текучести микроокружения мембранных фосфолипидов и об изменении этих свойств в ре¬зультате внешних воздействий. В случае ЯМР, принципиально аналогичного
ЭПР, резонансные сигналы поступают от ядер определенных атомов, таких, как 2Н, 13С, 14С, каждый из которых характеризуется определенной резонанс¬ной частотой. Эти сигналы будут относительно узкими, если молекулы, имею¬щие в своем составе данные атомы, способны свободно вращаться. Если моле¬кулы жестко фиксированы в мембране, то сигналы от указанных ядер будут широкими или даже совсем исчезнут. Чтобы полностью расшифровать спектры ЯМР, полезно, кроме того, уметь идентифицировать источник сигналов, соот-ветствующий каждому типу, что можно легко сделать с помощью модельных мембран с известным простым составом. Вопрос о том, как использовать ЯМР и ЭПР для получения точной информации о такой сложной многокомпонентной системе, как мембрана лимфоцита, требует еще дальнейшего изучения.