Kокки (сферические): стафилококки

Бактерии способны образовывать капсулы и слизистые слои. Капсулы и слизистые слои – это слизистые или клей­кие выделения некоторых бактерий, такие выделе­ния хорошо видны после негативного контрасти­рования (когда окрашивают не препарат, а фон). Капсула представляет собой относительно толстое и компактное образование, а слизистый слой намного рыхлее. В некоторых случаях слизь служит для формирования колоний из отдельных клеток. И капсула, и слизистые слои служат дополнительной защитой для клеток. Так, например, инкапсулиро­ванные штаммы пневмококков свободно размножа­ются в организме человека и вызывают воспаление легких, а некапсулированные штаммы легко атаку­ются и уничтожаются фагоцитами и поэтому со­вершенно безвредны.

Бактери­альная клетка устроена достаточно просто, особенно если сравнить ее с клетками эукариот.

Клеточная стенка придает бактериальной клетке определенную форму и жесткость и препятствует осмотическому набуханию и разрыву клеток, когда они, как это часто случается, по­падают в гипотоническую среду. Вода, другие малые молекулы и разные ионы легко проникают через крошечные поры в клеточ­ной стенке, но через них не проходят крупные молекулы белков и нуклеиновых кислот. Кроме того, клеточная стенка обладает антигенными свой­ствами, которые ей придают содержащиеся в ней белки и полисахариды.

По строению клеточной стенки бактерий можно разделить на две группы. Одни окрашиваются по Граму, поэтому их называют грамположительными, а другие обесцвечиваются при отмывке красителя, и поэтому их называют грамотрицательными. В клеточной стенке и тех и других есть особая жесткая решетка, состоящая из муреина. Молекула муреина представляет собой правильную сеть из параллельно расположенных полисахаридных цепей, сшитых друг с другом короткими цепями пептидов. Таким образом, каждая клетка окружена сетевидным мешком, составленным всего из одной молекулы. У грамположительных бактерий, например у Lactobacillus, в муреиновую сетку встроены другие вещества, главным образом полисахариды и белки. Так вокруг клетки создается сравнительно толстая и жесткая упаковка. У грамотрицательных бактерий, например, у Escherichia coli или у Azotobacter, клеточная стенка гораздо тоньше, но устроена она сложнее. Муреиновый слой у этих бактерий снаружи покрыт мягким и гладким слоем липидов. Это защищает их от лизоцима содержащегося в биологических жидкостях. Он катализирует гидролиз опре­деленных связей между остатками углеводов и та­ким образом расщепляет полисахаридную основу муреина. Клеточная стенка разрывается, и, если клетка находится в гипотоническом растворе, про­исходит ее лизис (клетка осмотически набухает и лопается). Липидный слой придает клетке устой­чивость и к пенициллину. Этот антибиотик пре­пятствует образованию сшивок в клеточной стенке грамположительных бактерий, что делает растущие клетки более чувствительными к осмотическому шоку.

Многие бактерии подвижны, и эта подвижность обусловлена наличием у них одного или нескольких жгутиков. Жгутики у бактерий устроены гораздо проще, чем у эукариот, и по своей структуре напоминают одну из микротрубо­чек эукариотического жгутика. Жгутики состоят из одинаковых сферических субъединиц белка флагеллина (похожего на мышечный актин), которые рас­положены по спирали и образуют полый цилиндр диаметром около 10-20 нм. Несмотря на волнис­тую форму жгутиков, они довольно жестки. Жгутики приводятся в движение посредством уникального механизма. Основание жгутика вращается так, что жгутик как бы ввинчи­вается в среду, не совершая беспорядочных биений, и таким образом продвигает клетку вперед. Это, очевидно, единственная известная в природе струк­тура, где используется принцип колеса. Другая инте­ресная особенность жгутиков – это способность от­дельных субъединиц флагеллина спонтанно со­бираться в растворе в спиральные нити. Спонтанная самосборка – очень важное свойство многих слож­ных биологических структур. В данном случае само­сборка целиком обусловлена аминокислотной по­следовательностью (первичной структурой) фла­геллина.

Подвижные бактерии могут передвигаться в ответ на определенные раздражители, т. е. они способны к таксису. Так, аэробные бактерии облада­ют положительным аэротаксисом (движутся туда, где среда богаче кислородом), а подвижные фотосинтезирующие бактерии – положительным фо­тотаксисом (движутся к свету).

На клеточной стенке некоторых грамотрицательных бактерий видны тонкие выросты (палочковидные белковые выступы), которые называются пили или фимбрии. Они короче и тоньше жгутиков и служат для прикрепления клеток друг к другу или к какой-нибудь поверхности, придавая специфичес­кую «липкость» тем штаммам, которые ими обла­дают. Пили бывают разного типа. Наиболее инте­ресны так называемые F-пили, которые кодируются специальной плазмидой и связаны с размножением бактерий. Плазмиды придают своим клеткам-хозяевам це­лый ряд особых свойств. Некоторые плазмиды являются «факторами резистентности» (R-плазмиды, или R-факторы), т. е. факторами, придающими устойчивость к антибиотикам. Примером может служить пенициллиназная плазмида стафилококков, которая трансдуцируется различными бактериофа­гами. В этой плазмиде содержится ген, кодирующий фермент пенициллиназу, которая разрушает пе­нициллин и, таким образом, придает устойчивость к пенициллину. Другие плазмидные гены определяют устойчивость к дезинфи­цирующим средствам; способствуют таким заболе­ваниям, как стафилококковая импетиго; помогают молочнокислым бактериям превращать молоко в сыр, придают способность усваивать такие сложные вещества, как углеводороды, что можно использовать для борьбы с загрязнениями океана или для получения кормового белка из нефти.

Как у всех клеток, протоплазма бактерий окружена полупроницаемой мембраной. По структуре и функ­циям плазматические мембраны бактерий не от­личаются от мембран эукариотических клеток. У некоторых бактерий плазматическая мембрана впячивается внутрь клетки и образует мезосомы и (или) фотосинтетические мембраны. Мезосомы – складчатые мембранные структуры, на поверхности которых находятся ферменты, участвующие в процессе дыхания. Сле­довательно, мезосомы можно назвать примитив­ными органеллами. Во время клеточного деления мезосомы связываются с ДНК, что, по-видимому, облегчает разделение двух дочерних молекул ДНК после репликации и способствует образованию пере­городки между дочерними клетками.

У фотосинтезирующих бактерий в мешковидных, трубчатых или пластинчатых впячиваниях плазма­тической мембраны находятся фотосинтетические пигменты (в том числе бактериохлорофилл). Сход­ные мембранные образования участвуют и в фикса­ции азота.

ДНК бактерий представлена одиночными кольце­выми молекулами длиной около 1 мм. Каждая та­кая молекула состоит примерно из 5х10⁶ пар нуклеотидов. Суммарное содержание ДНК (геном) в бактериальной клетке намного меньше, чем в эукариотической, а, следовательно, меньше и объем закодированной в ней информации. В среднем такая ДНК содержит несколько тысяч генов, что при­мерно в 500 раз меньше, чем в клетке человека.
Индивидуальный рост и бесполое размножение бактерий. Отношение поверхность/объем у бактериальных клеток очень велико. Это способствует быстрому поглощению питательных веществ из окружающей среды за счет диффузии и активного транспорта. В благоприятных условиях бактерии растут очень быстро. Рост, прежде всего, зависит от температуры и рН среды, доступности питательных веществ и концентрации ионов. Облигатным аэробам обяза­тельно нужен еще и кислород, а облигатным анаэро­бам, наоборот, нужно, чтобы его совсем не было. Достигнув определенных размеров, бактерии пе­реходят к бесполому размножению (бинарному делению), т. е. начинают делиться с образованием двух дочерних клеток. Переход к делению диктуется отношением объема ядра к объему цитоплазмы. Перед клеточным делением происходит репликация ДНК, во время которой мезосомы удерживают геном в определенном положении. Мезосомы могут прикрепляться и к новым пере­городкам между дочерними клетками и каким-то образом участвовать в синтезе веществ клеточной стенки. У самых быстрорастущих бактерий деление происходит через каждые 20 мин; интервал между делениями называется временем генерации.

Половое размножение, или генетическая рекомбинация. У бактерий наблюдается и половое размножение, но в самой примитивной форме. Половое размножение бактерий отличается от полового размножения эукариот тем, что у бактерий не образуются гаметы и не происходит слияния клеток. Однако главнейшее событие полового размножения, а именно обмен генетическим материалом, происходит и в этом случае. Этот процесс называется генетической комбинацией. Часть ДНК (очень редко вся ДНК) клетки-донора переносится в клетку-реципиент, ДНК которой генетически отличается от ДНК донора. При этом перенесенная ДНК замещает часть ДНК реципиента. В процессе замещения ДНК участвуют ферменты, расщепляющие и вновь соединяющие цепи ДНК. При этом образуется ДНК, которая содержит гены обеих родительских клеток. Такую ДНК называют рекомбинантной. У потом­ства, или рекомбинантов, наблюдается заметное раз­нообразие признаков, вызванное смешением генов. Такое разнообразие признаков очень важно для эволюции и является главным преимуществом полового размножения.

Известны три способа получения рекомбинантов. Это трансформация, конъюгация и трансдукция.

При трансформации клетки донора и реципиента не контактируют друг с другом. Этот процесс от­крыл Гриффит в 1928 г, работая с пневмо­кокками. У пневмококков имеются колонии двух типов, кото­рые различаются по внешнему виду. Одни коло­нии – шероховатые – R-штаммы (R – от англ. rough - шерохова­тый), другие – гладкие – S-штаммы (S – от англ. Smooth – гладкий, ровный). R-штаммы не патогенны и не образуют капсулы; S-штаммы патогенны, и у них имеются толстые капсулы. Гриффит обнаружил, что если мышам ввести живые R-клетки и мертвые (убитые нагреванием) S-клетки, то мыши погибают через несколько дней, а в крови у них можно обнаружить живые S-клетки. На этом основании Гриффит сделал вывод, что из мертвых S-клеток высвобождается какой-то фактор, который придает R-клеткам способность образовывать капсулу и предохраняет их от разрушения в организме живот­ного-хозяина. Оказалось, что такая «трансформация» наследуется. В настоящее время известно, что при трансформации из клет­ки-донора выходит небольшой фрагмент ДНК, который активно поглощается клеткой-реципиен­том и включается в состав ее ДНК, замещая в ней похожий, хотя и не обязательно идентичный фраг­мент. Трансформация наблюдается лишь у немногих бактерий, в том числе и у некоторых так называемых «компетентных» штаммов пневмококков, у которых ДНК может проникать в клетку-реципиента.

При трансдукции небольшой двухцепочечный фрагмент ДНК попадает из клетки-донора в клет­ку-реципиент вместе с бактериофагом. Некоторые вирусы способны встраивать свою ДНК в ДНК бактерий; такая встроенная ДНК реплицируется одновременно с ДНК хозяина и пере­дается от одного поколения бактерий к другому. Время от времени такая ДНК активируется и на­чинает кодировать образование новых вирусов. ДНК хозяина (бактерии) разрывается, а высвобож­денные фрагменты иногда захватываются внутрь новых вирусных частиц, порой даже вытесняя ДНК самого вируса. Такие новые «вирусы», или трансдуцирующие частицы, затем переносят ДНК в клетки других бактерий.

Сапрофитные бактерии составляют груп­пу редуцентов. Они необходимы для разложения веществ и круговорота элементов в природе. Реду­центы образуют гумус из останков животных и растений, но они могут разрушать и другие веще­ства, в том числе нужные человеку, например портить пищевые продукты.

Примерами симбионтов могут служить Rhizobium - бактерия-симбионт, спо­собная фиксировать азот и живущая в корневых клубеньках бобовых растений, или Escherichia coli, обитающая в кишечнике и участвующая в образовании витаминов группы В и К.

Бактерии-парази­ты, вызывающие различные заболевания, называ­ют патогенами. Паразит-это организм, живущий внутри другого организма (хозяина) или на нем. Организм-хозяин обеспечивает паразита пищей и убежищем. Хозяи­ном может быть любой организм, причем паразит, как правило, наносит вред своему хозяину. Одни паразиты могут жить и расти только в живых клетках и поэтому называются облигатными паразитами. Другие заражают хозяина, вызывают его гибель и затем питаются сапрофитно его остатками; такие паразиты называются факульта­тивными. Один из признаков паразита - чрезвычай­ная взыскательность к составу пищи. Все паразиты нуждаются в «дополнительных ростовых вещест­вах», которые они не могут сами синтезировать и находят их только в других живых клетках.

Значение бактерий. Микроорганизмы имеют большое значение они играют важ­ную роль в биосфере, их преднамеренно можно использовать в нужных це­лях для человека и при этом самыми разными способами.

Бактерии играют важную роль в плодородии почвы, в частности сапрофитные бактерии участвуют в образовании гумуса из лесной подстилки и лежащих на ней гниющих растительных и животных. При раз­ложении органических остатков образуются двуокись углерода, аммиак, минеральные соли (например, фосфаты и сульфаты) и вода, которые снова вступают в круговорот веществ.

Азотфиксирующие бактерии, такие, как свободно живущие сапрофиты, например Azotobacter, или симбионты, например Rhizobium участвуют в кругообороте азота, серы и фосфора; нитрифицирующие бактерии, например Nitrosomonas и Nitrobacter, превраща­ют азот, связанный в органических соединениях (например, в белках), в нитраты; денитрифицирующие бактерии, например Thiobacillus, превращают нитрат в свобод­ный азот.

Кроме того, в очистных сооружениях бактерии играют почти такую же роль, как в почве. И в том и в другом случае они расщепляют органические вещества, превращая их в безвредные растворимые неоргани­ческие соединения. Бытовые сточные воды пред­варительно разделяют в специальных отстойниках на жидкую часть и илистый осадок, которые затем перерабатывают в несколько этапов, используя аэробные и анаэробные бактерии. Метан, образу­емый анаэробными бактериями, иногда используют как топливо для рабочих механизмов очистных сооружений. После очистки получают очищенную жидкость, которую обычно спускают в реки, и ил, состоящий из безвредных органических и неоргани­ческих веществ и микроорганизмов (в основном бактерий и простейших), который можно затем высушить и, если он не загрязнен тяжелыми метал­лами, использовать вместо удобрения.

Важную роль играют бактерии и в организме животных. Так, млекопитающие и другие животные не могут переваривать целлюлозу, так как у них нет фермен­та целлюлазы. Основную же массу пищи, поедаемой травоядными животными, составляет клетчатка. Однако у них в кишечнике живут симбиотические бактерии и простейшие, переваривающие клетчатку. У кроликов такие бактерии живут в слепой кишке и червеобразном отростке, а у коров и овец – в рубце. Косвенным образом эти бактерии служат и челове­ку, поскольку он использует мясо домашних живот­ных в пищу.

Более непосредственное отношение к человеку имеет «микрофлора» его собственного кишечника. В кишечнике живут многие бактерии, при этом неко­торые из них, например Escherichia coli, синтезируют витами­ны группы В и витамин К. Некоторые бактерии, живущие на коже человека, предохраняют его от заражения патогенными орга­низмами.

Следует отметить важную роль бактерий в промышленных процессах брожения. Многие полезные органические продукты полу­чаются в результате брожения, и человек использует их уже несколько тысяч лет. Продукты брожения становятся все более важными как новый источник пищи и топлива. Этими вопро­сами занимаются многие ученые и технологи.

При производстве сыра молочный сахар лактоза сбраживается до молочной кислоты, а кислота заставляет свертываться белок молока казеин. Твер­дые сгустки, состоящие из белка и жиров, отделяют от жидкой сыворотки и затем инокулируют бакте­рии. Для получения разных сортов сыра используют разные микроорганизмы, так, например, чеддер получают с помощью различных видов Lactobacillus. Молочнокислые стрептококки сквашивают сливки и придают сливочному маслу характерный вкус и аромат. Молочнокислые бакте­рии из рода Lactobacillus применяют также для квашения капусты, приготовления различных соле­ний и маринадов, для получения силоса.

С 30-х годов прошлого столетия многие исследователи начали заниматься выделением из бактерий и гри­бов природных веществ, обладающих антибиоти­ческими свойствами, т. е. способных либо подавлять рост, либо совсем убивать других микробов. Эти исследования продолжаются по сей день. Антибио­тики находят применение в медицине, ветеринарии, сельском хозяйстве, промышленности и чисто науч­ных исследованиях. Самый богатый источник анти­биотиков – организмы, живущие в почве. В почвен­ных микроэкосистемах чрезвычайно развита конку­ренция между отдельными обитателями, а анти­биотики входят в тот природный «арсенал», ко­торый нужен для захвата экологической ниши. Образцы почв из всех районов мира постоянно анализируют в поисках новых сильнодействующих антибиотиков. Одним из самых продуктивных источников анти­биотиков служит род Streptomyces. К этому роду принадлежат многие виды актиномицетов, у кото­рых обнаружено и идентифицировано свыше 500 антибиотиков. Свыше 50 таких антибиотиков широ­ко применяется в практике; к их числу относятся стрептомицин, хлорамфеникол и различные анти­биотики тетрациклинового ряда.
4. СТРУКТУРНЫЕ КОМПОНЕНТЫ КЛЕТКИ

Эукариотическая клетка в сравнении с прокариотической представляет собой более сложное образование. Важнейшим отличием эукариот является организация внутреннего объема клетки, уже не представляющего собой единое пространство, но разделенного внутренними мембранами на множество различных отсеков – компартментов (органелл).

Добавить из Дерябина – отсканировать с 155 -162


4.1. Цитоплазматическая мембрана

Мембраны играют ключевую роль как в структурной организации, так и в функционировании всех клеток – прокариотических и эукариотических, растительных и животных. Мембраны формируют внутриклеточные компартменты (отсеки), с их помощью происходит разделение содержимого компартментов и окружающей их среды. Мембраны не только разделяют клетку на отдельные компартменты, но и участвуют в регуляции всех связей и взаимодействий, которые осуществляются между наружной и внутренней сторонами этих компартментов. Это может проявляться в виде физического переноса ионов или молекул через мембрану (внутрь компартмента или из него) или в форме передачи информации при помощи конформационных изменений, индуцируемых в мембранных компонентах. Кроме того, с мембранами связаны многие клеточные ферменты. Некоторые из них катализируют трансмембранные реакции, когда реагенты находятся по разные стороны мембраны или когда каталитический акт сопровождается транспортом молекул. Другие ферменты образуют своеобразные комплексы, которые осуществляют цепь последовательных превращений, причем благодаря тому, что эти ферменты располагаются в плоскости мембраны, повышается эффективность всего процесса. Имеются ферменты, которые, действуя на мембраносвязанные субстраты, участвуют тем самым в биосинтезе мембран. С участием мембран в той или иной степени осуществляется большинство жизненно важных клеточных функций, например, протекают такие разные процессы, как репликация прокариотической ДНК, биосинтез белков и их секреция, биоэнергетические процессы и функционирование систем гормонального ответа.

Данные, полученные при изучении клеток млекопитающих методом электронной микроскопии, свидетельствуют о наличии широко развитой сети внутриклеточных мембранных образований, которая занимает значительную часть внутреннего объема клетки. Сейчас уже не вызывает сомнений, что основные принципы структурной организации всех этих мембран по сути одинаковы. Более того, эти принципы соблюдаются также и в случае мембран растительных и бактериальных клеток. Основные закономерности, установленные Робертсоном в конце 1950-х гг, позволяют нам переносить результаты, полученные при исследовании одной мембранной системы (например, мембраны эритроцитов), на другие системы (конечно, со всеми необходимыми предосторожностями). Естественно, учет специфики здесь необходим, поскольку, как это ни парадоксально звучит, одной из самых характерных особенностей мембран является их чрезвычайное разнообразие. Такое разнообразие обусловлено, прежде всего, разнообразием белков, присутствующих в каждой мембране, и способов их взаимодействия друг с другом и с компонентами цитоплазмы. Эти взаимодействия, в конечном счете, проявляются в специфической морфологии мембранных образований (таких, как микроворсинки кишечного эпителия или тубулярный эндоплазматический ретикулум) и могут быть связаны с латеральной гетерогенностью той или иной мембраны.

Плазматическая мембрана образует границу, на которой осуществляется контакт клетки с ее окружением. Она содержит специализированные компоненты, участвующие в межклеточных контактах и взаимодействиях, в системах гормонального ответа и транспорта как малых, так и больших молекул из клетки и внутрь ее. Однако и сама плазматическая мембрана состоит из специализированных участков, которые имеют различное окружение – это апикальный и базолатеральный участки. Апикальная мембрана контактирует с какой-либо внутриклеточной средой. Так, у гепатоцитов она обращена в просвет желчных канальцев, а у эпителиальных клеток кишечника – в просвет желудочно-кишечного тракта. Она может иметь специализированные структуры, например микроворсинки. Последние в некоторых всасывающих клетках образуют щеточную каемку. Микроворсинки значительно увеличивают площадь поверхности мембраны, в результате чего повышается эффективность мембранного транспорта. Базолатеральная мембрана находится в контакте с другими клетками (в этом случае она называется латеральной или контактной) или обращена в просвет кровеносных сосудов (и называется синусоидной мембраной). Латеральная и синусоидная мембраны гепатоцитов различаются как по своей морфологии, так и биохимически. Базолатеральная мембрана, например, гепатоцитов, имеет также специализированные структуры, ответственные за межклеточную адгезию и транспорт.

Тот факт, что плазматическая мембрана, окружающая клетки, представляет собой вполне определенную структуру, был осознан в середине XIX столетия. На исходе этого столетия Овертон обратил внимание на корреляцию между скоростью, с которой небольшие молекулы проникают в растительные клетки, и их коэффициентом распределения между маслом и водой. Это привело его к мысли о липидной природе мембран. В 1925 г. Гортер и Грендел предположили, что липиды в мембране эритроцитов образуют биомолекулярный слой (липидный бислой). Эта идея возникла на основе результатов элегантного и простого эксперимента. Липиды эритроцитов экстрагировали ацетоном и затем в кювете Лэнгмюра получали из них тонкую пленку на поверхности воды. С помощью поплавка сжимали слой липидных молекул на границе раздела вода-воздух до тех пор, пока этот слой не начинал оказывать сопротивление дальнейшему сжатию. Это явление было объяснено образованием плотноупакованной мономолекулярной липидной пленки. Измерение площади, занимаемой липидами, и сравнение ее с площадью поверхности эритроцитов, из которых эти липиды были экстрагированы, дали соотношение 2:1. Отсюда был сделан вывод, что мембрана эритроцитов состоит из липидных молекул, расположенных в два слоя. По-видимому, этот вывод Гортера и Грендела оказался правильным только благодаря взаимной компенсации ошибок, однако в историческом плане эта работа имела большое значение, поскольку с тех пор концепция липидного бислоя как структурной основы биологических мембран стала доминирующей и на самом деле оказалась верной.

Концепция бимолекулярной липидной мембраны получила дальнейшее развитие в предложенной в 1935 г. модели Дэвсона-Даниелли, или модели «сэндвича», в которой предполагалось, что белки покрывают поверхность липидного бислоя. Это была необыкновенно удачная модель, и в течение последующих 30 лет многочисленные экспериментальные данные, особенно полученные с помощью дифракции рентгеновских лучей и электронной микроскопии, полностью подтвердили ее адекватность. Однако тогда же обнаружилось, что мембраны выполняют огромное множество функций, и чтобы объяснить этот феномен, исходная модель Дэвсона-Даниелли неоднократно подвергалась модификациям.

Быстрый прогресс в мембранологии, в результате которого сформировались современные представления, был достигнут в значительной мере благодаря успехам в изучении свойств мембранных белков. Электронно-микроскопические исследования с применением метода замораживания-скалывания показали, что в мембраны встроены глобулярные частицы. В этих случаях препараты быстро замораживают, не подвергая их при этом каким-либо повреждающим воздействиям, как при получении тонких срезов.

Процесс подготовки препарата включает следующие операции:

1. После замораживания образец, представляющий собой суспензию клеток или мембран, скалывают с помощью ножа при низкой температуре (– 100 °С) в глубоком вакууме. Возникающие при скалывании усилия приводят к образованию среза, проходящего через образец. Оказалось, что, когда плоскость среза проходит через мембрану, последняя раскалывается преимущественно по своей срединной области и расщепляется на две половинки. В результате на образовавшихся плоскостях скола обнажается внутренняя область мембраны.

2. При необходимости образец подвергают травлению – проводят обычную возгонку льда в вакууме. Это позволяет лучше визуализировать поверхностные структуры клеточных мембран.

3. После этого получают так называемую реплику с обнаженной поверхности. Именно эту реплику и изучают под электронным микроскопом. Для получения реплики сначала напыляют на образец платину под углом около 45°, чтобы выявить топологические характеристики препарата. Затем платиновой реплике придают механическую прочность, нанеся на нее слой углерода. После этого препарат оттаивают, реплика всплывает, и ее вылавливают с помощью специальной сеточки.

Наиболее характерные структуры, наблюдаемые при изучении мембран методом замораживания-скалывания – это многочисленные внутримембранные частицы диаметром от 80 до 100 А, лежащие в плоскости мембранных сколов. Обычно они расположены хаотично, но иногда образуют группы. Многочисленные исследования показали, что эти частицы, возможно, являются мембранными белками. Любопытно, что при электронной микроскопии тонких срезов подобные структуры не обнаруживаются. Реплики, полученные от двух половинок расщепленной мембраны, не всегда бывают топологически комплементарными. Это означает, что некоторые частицы связаны только с одной из половин мембраны. Данные, полученные методом замораживания-скалывания, широко использовались Сингером и Николсоном при создании жидкостно-мозаичной модели мембран, поскольку они убедительно показывали, что глобулярные белки находятся не только на поверхности мембраны, но и внутри бислоя.

Тем временем биохимикам удалось диссоциировать мембраны до состояния функционально активных «частиц». Данные спектральных исследований указывали, что для мембранных белков характерно высокое содержание α-спиралей и что они, вероятно, образуют глобулы, а не распределены в виде монослоя на поверхности липидного бислоя. Неполярные свойства мембранных белков наводили на мысль о наличии гидрофобных контактов между белками и внутренней неполярной областью липидного бислоя. Тогда же были разработаны методы, позволившие выявить текучесть липидного бислоя. Сингер и Николсон свели воедино все эти идеи, создав жидкостно-мозаичную модель. В рамках этой модели мембрана представляется как текучий фосфолипидный бислой, в который погружены свободно диффундирующие белки. Прежняя модель Дэвсона-Даниелли была статичной и успешно объясняла имевшиеся в то время стркутурные данные, полученные с довольно низким разрешением. В то же время, начиная с 1970 г. большое внимание стало уделяться изучению динамических свойств и их взаимосвязи с мембранными функциями. В последние годы жидкостно-мозаичная модель тоже подверглась модификации, и этот процесс будет продолжаться. В частности, теперь стало ясно, что не все мембранные белки свободно диффундируют в жидком липидном бислое. Имеются данные о существовании латеральных доменов в самой мембране.