Природа и расположение сайтов узнавания эукариот

Специфические структуры, участвующие в процессах биологического узнавания, располагаются на клеточной поверхности, а именно на наружной части плазматической мембраны клеток эукариот. Чаще всего - это углеводные компоненты.

Плазматические мембраны, представляющие собой липидный бислой, отличаются функциональной и структурной ассиметричностью.

Среди животных клеток наиболее хорошо изучены плазматические мембраны эритроцитов (рис. 1), на долю которых приходится до 1 % сухого вещества клетки. Они состоят в основном из белков и липидов, иногда в них присутствуют в незначительных количествах углеводы (менее 5 %) и в следовых количествах РНК (менее 1 %). Толщина большинства мембран приблизительно 7-11 нм.

Основным элементом структурной модели мембран служит липидный бислой. В мембранах эукариот присутствуют три класса липидов: фосфолипиды, гликолипиды и холестерол. Фосфолипиды и холестерол находятся и на внешней и на внутренней стороне мембраны. Гликолипиды – только на наружной стороне мембраны.

Рис. 1. Модель мембраны эритроцита

1 – гликопротеин; 2 – сиалогликопротеин (гликофорин); 3 – спектрин; 4 – глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа; 5 – Na⁺ -, K⁺-зависимая АТФ-аза; 6 – ацетилхолинэстераза; 7 – палочкообразные структуры обозначают углеводы.

На внешней стороне мембраны расположены молекулярные маркеры клеточной специфичности и структуры, участвующие в узнавании клетки клеткой, а также осуществляющие реакцию распознавания регуляторов, которые действуют на клетку извне. Именно эти структуры и называются рецепторами. Неотъемлемыми компонентами мембраны являются белки, гликопротеины (около 20 различных молекул) и гликолипиды, большая часть которых интегрирована с липидным бислоем, либо находится в свободном состоянии. При этом гидрофильные углеводные группы таких компонентов обращены наружу в водную фазу, а не углеводные находятся на поверхности мембраны, обращенной к цитоплазме. Так ориентированы гликолипиды, у которых гидрофобная часть оказывается скрытой внутри мембраны, а гидрофильная выступает наружу. Такие мембранные компоненты называются амфипатическими. Расположение сахарных последовательностей амфипатических гликопротеинов и гликолипидов на наружной поверхности клеточной мембраны обуславливает их ключевую функцию в процессах рецепции. И если к этому еще добавить уникальное свойство сахаров претерпевать разнообразные структурные превращения, то именно эти соединения с большей степенью вероятности можно рассматривать как кандидатов на распознающие рецепторы. Множественные сочетания сахарных остатков обеспечивают клетке структурное и функциональное разнообразие рецепторов. Например, простой дисахарид, состоящий из глюкозы, может существовать в 11 различных формах, глюкозный трисахарид дает 176 анамерных конфигураций, а количество возможных структурных вариантов смешанного трисахарида гораздо больше. Мембранные олигосахариды животных клеток содержат в большинстве случаев 4—20 моносахаридных остатков, среди которых преобладает глюкоза, галактоза, манноза, фруктоза, N-ацетилглюкозамин и др.

Один из немногих компонентов эритроцитарной мембраны, который изучен достаточно хорошо, представляется собой гликопротеин гликофорин (рис. 2). Он имеет молекулярную массу около 31 000, причем почти 60 % массы составляют углеводы. Белковая часть представлена одной полипептидной цепью, содержащей

Рис. 2. Молекула гликофорина

Ромбы – О-гликозидные звенья; шестиугольники – N – гликозидные звенья

131 аминокислотный остаток. N – терминальная часть молекулы соединена с 16 разветвленными олигосахаридами, выступающими из клеточной мембраны. Всего на одну полипептидную связь приходится около 160 молекул сахаров, среди которых преобладает сиаловая кислота, придающая гликопротеину отрицательный

заряд. С-Терминальный участок обладает высокой гидрофильностью и содержит в преобладающем количестве остатки пролина, глутаминовой и аспарагиновой кислот. Между этими двумя доменами с N- и С - концов находится область полипептидной цепи, состоящая из 32 гидрофобных остатков и образующая спиралевидный участок, пронизывающий липидный бислой.

Среди всех белков, находящихся в мембране эритроцитов, преобладает гидрофобный белок спектрин, на долю которого приходится 1/3 от общего количества белка. Он имеет молекулярную массу 220 000 – 250 000 и вместе с другим низкомолекулярным белком (мол. масса 43 000) образует структуры палочковидной формы размером 3х200 нм.

Что касается адгезии бактериальных клеток к клеткам тканей макроорганизма, то наиболее изучено взаимодействие со слизистой оболочкой желудочно-кишечного тракта, которая имеет сложную архитектуру и физиологию. У животных тонкий кишечник, толстая и слепая кишка выстланы однослойным эпителием, состоящим из цилиндрических клеток. В тонком кишечнике слизистая оболочка организована так, что эпителий покрывают пальцеобразные ворсинки, которые выпячиваются в просвет кишки. В толстом кишечнике такие ворсинки не обнаружены.

Цилиндрический эпителий состоит из клеток различных типов, включая секретирующие клетки (энтероциты) и бокаловидные клетки (клетки слизистой). От цитоплазматических мембран цилиндрических энтероцитов, обращенных в просвет, ответвляются палочкообразные структуры, называемые микроворсинками, или краевыми щетинками (щеточная каемка) (рис. 3). Мембраны микроворсинок покрыты тонким слоем – гликокаликсом, в состав этого слоя, отделяющего мембраны микроворсинок от просвета кишечника, входят гликопротеины и гликолипиды. Большая часть гликокаликса покрыта слизью, которая синтезируется бокаловидными клетками. Слизь состоит из гликопротеинов.

Итак, большая часть отделов желудочно-кишечного тракта покрыта слизистым слоем, содержащим гликопротеины, далее следует гликокаликс, состоящий из гликопротеинов и гликолипидов и покрывающий эпителиальную клеточную мембрану. Некоторые виды микроорганизмов, прикрепляющиеся к

Рис. 3. Адгезия клеток E. сoli к микроворсинкам кишечного эпителия

участкам поверхности желудочно-кишечного тракта, где подвижность содержимого просвета и слизи более интенсивная, нуждаются в специальных структурах, с помощью которых они связываются с компонентами гликокаликса или мембраны эпителиальных клеток. Другие микроорганизмы, заселяющие участки желудочно-кишечного тракта, где содержимое просвета движется медленно, не прикрепляются к гликокаликсу эпителия или мембранам. Для них достаточно фиксироваться в муцинозном слое и колонизировать его.