1.1.3. Клеточные мембраны

К леточные мембраны, на которые действуют БАС и через которые осуществляются обменные процессы, построены по общей схеме (рис. 3). Наиболее полно все элементы их представлены в плазматической мембране.

Рис. 3. Схема клеточной мембраны: 1 - липидный бислой, 2 – периферический белок-гликопротеид с полисахаридами (гликокаликс, определяющий иммунную специфичность клетки), 3 - периферический белок-рецептор, 4 - интегральный белок – ионный канал, 5 – интегральный белок – ионный насос, 6 – периферический белок-фермент.

Липидные компоненты мембран. Основой всех клеточных мембран являются липиды. Они составляют около 45% массы мембран. В основном (более половины) - это различной длины и структуры молекулы фосфолипидов. Для всех липидов характерным является то, что ионогенные группы молекул образуют гидрофильную головку, а углеводородные жирнокислотные хвосты придают им гидрофобность. Так как мембраны разделяют две водные фазы, то они состоят из двух слоев липидов. Гидрофильные головки направлены к водным фазам - наружу и внутрь соответствующей структуры клетки, а гидрофобными хвостами оба слоя направлены друг к другу.

Липиды не случайно стали основой всех клеточных мембран. Находясь в водной среде, они обладают свойством самоорганизовываться: каждая молекула связывается с другими, что обеспечивает образование тонкой пленки, а при встряхивании - взвеси пузырьков - «везикул».

Белки мембран. На долю белков приходится около 55%. Но в отличие от липидов белки не везде образуют сплошные слои. Белки мембран можно подразделить на два типа: интегральные и периферические.

Интегральные белки пронизывают липидные слои мембраны насквозь, порой выходя относительно далеко из липидов.

Периферические белки встроены между липидами на различную глубину. Они адсорбированы на поверхности мембраны и связаны с нею преимущественно электростатическими силами, то есть, связаны с мембранами менее тесно, чем липиды. В результате их содержание (плотность) на мембране может существенно изменяться, а значит, меняется и активность функций, которые они выполняют.

Время жизни белков составляет от двух до пяти дней. Поэтому в клетке идет постоянный синтез белков мембран на полисомах, находящихся вблизи соответствующих структур. И при изменении интенсивности процесса самообновления функциональная активность их так же меняется.

Кроме самой плазматической мембраны, имеющей в большинстве клеток толщину около 6-10 нм, для функции клеток большое значение имеют ближайший слой цитоплазмы и прилегающий снаружи слой межклеточной среды. В совокупности с мембраной они составляют, так называемую, плазматическую оболочку. Суммарная толщина ее около 30 нм (примерно по 10 нм с обеих сторон от мембраны). Именно здесь разыгрываются многие процессы, определяющие функциональное состояние клетки.

Вторые посредники (месенжеры)

В клетке имеется сложная система внутриклеточных регуляторов активности - вторых посредников. К ним относятся: циклические нуклеотиды (цАМФ, цГМФ), кальций, кальций+кальмодулин, продукты гидролиза фосфолипидов (фосфорилированный фосфатидилинозитол). Однако только ими не ограничиваются внутриклеточные системы регуляции, постоянно обнаружены и новые соединения.

Вторые посредники приводят к множеству изменений в функциях клеток: изменяют ферментную активность, стимулируют экзоцитоз, влияют на транскрипцию различных генов.

Все вторые посредники активно взаимодействуют между собой, так что могут выступать в качестве агонистов либо антагонистов друг друга. Обычно они находятся в клетке в сбалансированном соотношении, но после действия первого регулятора этот баланс нарушается, что и служит сигналом изменения активности клетки. Они оказывают влияние также и на чувствительность мембраны клетки к регулятору, через регуляцию количества и сродства рецепторов к нему. Так, при взаимодействии ряда гормонов со специфическими рецепторами мембраны происходит активация фермента - аденилатциклазы, под влиянием которой в клетке повышается содержание цАМФ. Результатом увеличения уровня цАМФ является стимуляция цитоплазматических ферментов - протеинкиназ, что и обуславливает биологический эффект гормона.

Приведем функции лишь некоторых из них.

Участие одного из наиболее изученных вторых посредников - циклического AМФ (цАМФ) в регуляции биологических эффектов представлено в табл. 3.

Таблица 3. Некоторые биологические эффекты 3,5-циклического АМФ

Процесс	Примеры
Проницаемость мембран для ионов	Нервные клетки, мышечные клетки, сетчатка глаза и т.д.
Проницаемость мембран для воды	Почка, мочевой пузырь
Синтез стероидных гормонов	Кора надпочечников, желтое тело, клетки Лейдига. Секреторные реакции экзокринных желез: поджелудочной, слюнных, щитовидной, гипофиза.
Гидролиз триацилглицеролов	Жировые клетки, печень, стероиды эфиров холестерина, продуцирующие клетки, мышцы.
Торможение липогенеза	Печень, жировые клетки
Перемещение внутриклеточных структур	Распределение меланофоров, подвижность спермы, сохранение клеточных отростков (фибробласты), миграция лизосом.
Стимуляция или торможение гликогена	Печень, почка.
Транскрипция генов	Индукция ферментов, печень плода.
Синтез белка, трансляция	Катаболический эффект (печень), избирательный синтез белка (кора надпочечников).

В клетках имеются протеазы - внутриклеточные посредники, активируемые другими соединениями. К примеру, образование другого второго посредника - циклического ГМФ в клетке усиливается под влиянием фермента гуанилатциклазы. Ряд эффектов гомонов на ткани почек, гладкомышечных клеток миокарда и сосудов обусловлены увеличением концентрации этого соединения.

Кальций в организме выполняет не только функции связанные с построением скелета и сопряжением возбуждения с сокращением мышц, но во многих клетках он выполняет функцию второго посредника действия биологически активных соединений. Кальций является вторым посредником как сам по себе, так и через взаимодействие с кальмодулином. Это белок молекулярной массой 16700, который либо резко активирует влияние кальция, либо сам оказывает свое регулирующее влияние на ряд клеточных процессов. Он находится в цитозоле всех эукариотических клеток. Увеличение концентрации Са²⁺ в цитоплазме активирует кальмодулин, который вступает в контакт с плазматической и внутренними мембранами клетки. В результате изменяется (увеличивается или уменьшается) активность ряда белков путем прямого влияния на фермент или через активируемую этим комплексом протеинкиназу. Действие последней полностью аналогично влиянию цАМФ-зависимой протеинкиназы, хотя белки-мишени могут быть разными (или одинаковыми). На уровне периферических тканей-мишеней он участвует в клеточной пролиферации, кишечной секреции, высвобождении лизосомных ферментов, синтезе простагландинов, гистамина, лейкоцитарном фагоцитозе и других процессах, обусловленных действием гормонов или иных регуляторов.

Кальмодулин, как и другие вторые посредники, участвует во влиянии первых регуляторов не только на уровне периферических органов, но и в клетках органов регуляции (нервных, эндокринных).

Фосфатидилинозитол и его производные. При взаимодействии некоторых первичных регуляторов с рецепторами мембран запускается комплекс метаболических превращений фосфолипидов мембран, в результате которых образуется фосфатидилинозитол. Последний является предшественником двух других вторых посредников: диацилглицерола и инозитолтрифосфата. Эти соединения являются посредниками не только действия регуляторов, но и, к примеру, участвуют во взаимодействии фотона с фоторецепторами глаза и ряде других процессов.