Gistologia_v_voprosakh_i_otvetakh_Sluka

8.Синтез компонентов и сборка цитоплазматических мембран происходит за счет активности гранулярного эндоплазматического ретикулума.

9.Структура мембран зависит от их функционального состояния.

Плазматическаямембрана(плазмолемма) — клеточнаямембрана,

которая ограничивает цитоплазму снаружи, а также связанный с ней гликокаликс и вещества, которые в данный момент выделяются клеткой или поглощаются ею.

Основное назначение плазмолеммы состоит в сохранении постоянства внутренней клеточной среды, отличной от внешней, и поддержании обмена веществ с окружающей ее микросредой. Плазмолемма спомощьюрецепторногоаппарата обеспечиваетвосприятие, трансформацию и передачу информационных сигналов внутрь клетки. Создает гидрофобное окружение для проявления специфической активности мембраносвязанных ферментов. Поддерживает трансмембранную разность электрических потенциалов, а также, на основе свойства избирательной проницаемости, осуществляет переносвеществвклеткуиизклеткивокружающуюсреду.

Надмембранный комплекс. Снаружи от плазматической мембраны располагается связанный с ней гликопротеиновый и гликолипидный комплекс толщиной 3-4 нм — гликокаликс, обнаруженный у всех животных клеток. Он выполняет рецепторную, защитную и другие функции. В гликокаликсе располагаются белки-ферменты, принимающие участие в процессах пристеночного пищеварения, а также внемембранная часть клеточных рецепторов.

Субмембранный комплекс представляет специализированную периферическую часть цитоплазмы, в которой сосредоточены ферментативные системы, связанные с процессами трансмембранного транспорта и рецепции, а также локализованы элементы цитоскелета (микрофибриллы, промежуточные филаменты и микротрубочки), связанные с одной стороны с белками внутренней поверхности плазмолеммы, а с другой — с фибриллярным аппаратом общего цитоскелета.

Субмембранный комплекс за счет сокращения элементов, связанных с плазмолеммой, создает возможность образования деформаций клеточной поверхности, способствующих процессам эндо-и экзоцитоза, изменениям формы клетки, а также осуществляет специфическую функцию — стабилизацию глобул интегральных белков плазмолеммы и их направленное перемещение.

Внутриклеточные мембраны входят в состав мембранных органелл. Мембраны клетки и органелл асимметричны по

11

химическому составу. В цитоплазме жидкости разного состава также разделены мембранами. С участием внутриклеточных мембран формируются специальные зоны клетки — отсеки (компартменты). Поэтому содержимое органелл отличается по химическому составу от цитозоля.

Отсеки — это ограниченные избирательно проницаемыми мембранами, функционально различающиеся участки цитоплазмы, отделяющие данный участок от других подобных участков или от свободной цитоплазмы. Каждый отсек — изолированная высоко активная зона, способная выполнять специализированные функции, обусловленные содержанием в ней уникальных наборов ферментов.

Деление клетки на отсеки необходимо по двум основным причинам:

1.Поскольку площади поверхности плазмолеммы недостаточно для того, чтобы расположить на ней все молекулы мембраносвязанных ферментов, катализирующих жизненно важные процессы клетки, в ней должно содержаться достаточное количество внутриклеточных мембран.

2.Отсеки обеспечивают упорядоченное распределение ферментов и других веществ, препятствуют свободному их смешиванию, что позволяет клетке одновременно осуществлять много несовместимых друг с другом биохимических реакций.

Вклетке существует 7 основных отсеков: ядро, эндоплазматическая сеть (гладкая и гранулярная), комплекс Гольджи, митохондрии, лизосомы и пероксисомы. Они занимают 45-46% цитоплазмы, остальные 54% объема клетки приходятся на долю немембранных органелл и цитозоль.

4.Структурныеосновырецепторнойфункцииклетки:

понятиеосигналахисигнальныхмолекулах. Клеточныерецепторы, ихклассификацияиструктурнофункциональнаяхарактеристика

Рецепторная функция является одной из важнейших функций клетки, приобретенной в процессе эволюции для адекватного реагирования на сигналы внешней и внутренней среды, позволяющие клетке приспосабливаться к изменяющимся условиям существования.

Сигналы — это разнообразные сигнальные молекулы (гормоны, нейромедиаторы, факторы роста, цитокины и др.) или виды энергии, передающие в клетку заключенную в них информацию. Сигналы могут быть:

— химическими (запах, вкус);

12

—физическими (свет, звук, t°, давление, электрические потенциалы);

—физико-химическими (осмотическое давление, концентра ция ионов, напряжение 02 или С02);

—сложными (например, сочетание звука, цвета, запаха и др.). Передача сигналов может осуществляться клетками дистантно

или контактно. При дистантном способе сигнализирующая клетка продуцирует и секретирует сигнальные молекулы, которые перемещаются к клеткам-мишеням, удаленным от них на значительные расстояния (гормоны). При контактном взаимодействии существует два варианта:

1)непосредственный контакт мембран двух клеток, при котором сигнальные молекулы встроены в плазмолемму сигнализирующей клетки, а в мембране клетки-мишени содержится комплементарный рецептор;

2)наличие непосредственного контакта цитоплазмы взаимодействующих клеток за счет образования щелевых контактов, что обеспечивает возможность обмена между клетками ионами и молекулами с малой молекулярной массой (менее 2 кД).

Важнейшими функциями клеток, контролируемыми химическими сигнальными молекулами являются:

1.На уровне плазмолеммальных рецепторов:

•изменение метаболизма в клетке;

•инициация и регуляция сокращения;

•инициация и регуляция секреции;

•модуляция электрического потенциала через изменение проницаемости ионных каналов.

2.На уровне рецепторов клеточного ядра:

•изменение процессов экспрессии и супрессии генов;

•контроль синтеза ферментов, рецепторных молекул;

•регуляция клеточного цикла и дифференцировки клеток;

•контроль апоптоза.

Сигналы, как правило, отражают конкретные события, а отделившись от породивших их событий, обладают относительной независимостью. Информация, передаваемая в виде сигнала, приобретает биологическую значимость в том случае, когда она воспринята рецептором.

Клеточные рецепторы — это генетически детерминированные макромолекулы, локализованные в различных областях клетки и специализированные на восприятии биологически значимых специфических сигналов химической и физической природы.

По химической природе рецепторы могут быть белками, липо- и гликопротеинами; последние наиболее распространены.

13

Структура рецепторов — это их организация, принцип которой почти у всех рецепторов одинаков. Структурно рецептор состоит из трех доменов (частей):

1)внемембранного, осуществляющего взаимодействие с веществом (лигандом);

2)трансмембранного, осуществляющего перенос сигнала;

3)цитоплазматического.

В зависимости от локализации в клетке рецепторы подразделяются на две группы: рецепторы плазматической мембраны и внутриклеточныерецепторы— цитоплазматическиеиядерные.

Рецепторы плазматической мембраны (мембранные рецепторы)

предназначены для специфического взаимодействия с биологически значимыми сигналамихимической ифизической природы. Рецепторы плазмолеммы осуществляют узнавание, трансформацию и передачу заключенной в сигналах информации (гормонов, нейромедиаторов, квантов света и др.) на пострецеп-торные структуры. Информация, переносимая сигнальной молекулой, во время взаимодействия с рецептором вызывает инициацию каскада биохимических изменений в клетке, трансформируясь при этом в конкретный физиологический ответ.

Первым посредником, обеспечивающим взаимодействие клетки с мишенью, является сигнальная молекула. Промежуточным звеном служат G-белки, передающие сигнал на аденилатциклазу или гуанилатциклазу. О-белки являются трансмембранными белками, которые ассоциированы с ферментами или ионными каналами. Вторичными посредниками являются цАМФ (циклический аденозин монофосфат), цГМФ (циклический гуанозин монофосфат) или Са2+, которые передают сигнал на структуры клетки, обеспечивающие эффекторный ответ.

Мембранные рецепторы контролируют также проницаемость цитолеммы за счет конформации белков ионных каналов; регулируют транспорт веществ в клетку; осуществляют связь цитоскелета с внеклеточным матриксом.

Рецепторы плазматической мембраны клеток относятся к 3-м

суперсемействам (рис. 2):

а) 7-сегментные трансмембранные рецепторы, связанные с G-

белком — являются интегральными мембранными белками, которые 7 раз прошивают плазмолемму, образуя трансмембранные спиральные сегменты, соединенные гидрофильными внеклеточными и внутриклеточными петлями (например, (3-адренорецепто-ры). Внутриклеточные петли этих рецепторов содержат центры связывания G-белка. Через такие рецепторы реализуются эффекты 80% нейромедиаторов, пептидных гормонов и других модуляторов

14

клеточных функций. Механизм трансмембранной передачи сигналов рецепторами этой группы связан с активацией или Ингибированием определенных ферментов или ионных каналов, что приводит к изменению концентрации в клетке вторичныхпосредников (цАМФ, цГМФ, Са2+);

б) 1-сегментные трансмембранные каталитические рецепторы — интегральные мембранные белки один раз прошивающие мембрану и имеющие на вне- и внутриклеточной поверхностях мембраны глобулярные домены. Внеклеточный домен содержит участок узнавания и связывания лиганда, а внутриклеточный — обладает каталитической активностью. Среди этой группы известны рецепторы натрийуретического фактора, сперакт и резакт пептидов, стимулирующих подвижность сперматозоидов, рецепторы инсулина, эпидермального и тромбоцитарного факторов роста, фактора роста нервов и др. Рецепторы этой группы работают как ферменты (например, тирозинкиназы), модулирующие

15

каталитическую активность других клеточных ферментов, что ведет к изменению функционального состояния клетки;

в) каналообразующие рецепторы — представляют разновидность трансмембранных лигандозависимых ионных каналов. Они образованы ассоциированными белковыми субъединицами, состоящими из нескольких сегментов, специфически пропускающих ионы. Лигандами для таких рецепторов являются ней-ромедиаторы (никотинозависимый ацетилхолиновый рецептор). С рецепторами, обладающими свойствами ионных каналов, взаимодействуют глютаминовая кислота, γ-аминомасляная кислота, глицин, циклические мононуклеотиды (цАМФ и цГМФ).

Каналообразующие рецепторы при взаимодействии с нейромедиаторами открывают и закрывают ионные каналы, изменяя тем самым ионную проницаемость плазмолеммы и распределение электрических зарядов на мембране.

Внутриклеточные рецепторы. Молекулынекоторыхгормоновиряда других биологически активных веществ являются неполярными, вследствие чего они легко проникают через плазмолемму, попадая в цитоплазму клетки. Поэтому рецепторные молекулы для таких биологическиактивныхвеществлокализуютсявнутриклетки.

Внутриклеточные рецепторы являются белками, регулирующими генную активность клетки. Они могут располагаться:

а) в цитоплазме (цитозоле) — цитоплазматические рецепто ры субсемейства стероидных гормонов: например, глюко- и минералокортикоиды, андрогены, прогестерон;

б) в ядре — ядерные рецепторы субсемейства тиреоидных гор монов, к которому относятся также рецепторы эстрогенов, ви тамина Д, ретиноевой кислоты.

Некоторые внутриклеточные рецепторы могут локализоваться в мембранах органелл, в частности митохондрий (рецепторы к тиреоидным гормонам).

В структуре внутриклеточных рецепторов стероидных гормонов, присутствует три домена: 1) гормон-связывающий; 2) ДНКсвязывающийи3) домен, активирующийтранскрипцию.

Сигнальные молекулы для таких рецепторов свободно диффундируют через плазмолемму и связываются с внутриклеточными рецепторными белками. Связывание лиганда ведет к изменению конформации рецепторных белков. Активация рецептора повышает его сродство к ДНК и позволяет связываться со специфическими генами в ядре, регулируя их экспрессию, что обеспечивает биосинтез ряда ферментов, изменяющих функциональное состояние клетки.

16

5.Структурныеосновытранспортнойфункцииплазмолеммы. Эндоцитозиеготипы. Экзоцитоз. Понятиеомеханизмах транспорта веществ через плазмолемму

Транспорт веществ через плазмолемму — одна из важнейших функций клетки, обеспечивающая поддержание клеточного гомеостаза в условиях постоянно существующего различия в химическом составе ее цитоплазмы и окружающей среды (рис.3).

Различают транспорт веществ в двух направлениях — в клетку (эндоцитоз) и из клетки (экзоцитоз).

Эндоцитоз — процесс поступления веществ в клетку из окружающей среды. Существует два типа эндоцитоза:

1. Транспорт веществ через ионные каналы. Ионные каналы — это связанные между собой белковые субъединицы, формиру-

ющие в мембране небольшую пору. Наиболее распространены Na+, К+, Са2+, Сl- каналы.

2. Транспорт в мембранной упаковке — обволакивание транс-

портируемых веществ участком цитоплазматической мембраны с образованием транспортных везикул, в составе которых эти вещества переносятся в цитоплазму клетки.

В зависимости от того, какие вещества транспортируются, эндоцитоз подразделяется на:

а) пиноцитоз — процесс поглощения жидкости, макромоле кул или коллоидных частиц с образованием небольших везикул (пиноцитозных пузырьков);

б) фагоцитоз — узнавание, захват и поглощение плотных, крупных микрочастиц — микроорганизмов, разрушенных кле ток и инородных частиц.

Различают два типа пиноцитоза: жидкофазный пиноцитоз (мик-

ропиноцитоз) ипиноцитоз, опосредованныйрецепторами.

Жидкофазный пиноцитоз обеспечивает перенос микрочастиц величиной до 70 нм, которые используются клеткой для собственных нужд, либо проходят через нее (трансцитоз). Этот вид пиноцитоза осуществляется в основном цитолеммой и не требует затраты энергии. Последовательность событий при пиноцитозе включает 4 фазы:

•адсорбция молекул на плазмолемме;

•загрузкамолекулвобразующеесявпячиваниеплазмолеммы;

•слияние краев плазмолеммы с образованием пузырька, погруженного в цитоплазму;

•отделениевезикулыотвнутреннейповерхностиплазмолеммы. Образование пиноцитозных везикул при эндоцитозе проис-

ходит при помощи специальных мембранных белков, накапливающихся в зонах инвагинаций плазмолеммы.

Опосредуемый рецепторами эндоцитоз — особая разновид-

ность транспорта веществ в мембранной упаковке, при котором молекулы переносимого вещества связываются с комплементарными мембранными рецепторами. Некоторые макромолекулы (липопротеины низкой плотности, факторы роста, иммуноглобулины, трансферин) транспортируются таким путем в составе окаймленных мембраной пузырьков. Эта форма эндоцитоза увеличиваетактивностьпоглощенияспецифическихлигандовв1000 раз.

Последовательность событий при опосредуемом рецепторами пиноцитозе включает ряд фаз: связывание лиганда с рецептором — миграция комплекса "лиганд-рецептор" и инвагинация цитолеммы — образование транспортных везикул (ранних эндосом) — отделение лиганда от рецептора. Лиганды в дальнейшем подвергаются разрушению, а рецепторы, чаще всего, возвращаются в плазмолемму и могут использоваться повторно.

Основнымимеханизмамитранспортаявляются:

1. Пассивный перенос — путем простой или облегченной диффузии по градиенту концентрации. Он осуществляется для воды,

18

кислорода, углекислоты и ряда ионов. Облегченная диффузия осуществляется через ионные каналы.

2.Активный перенос — против электрохимического градиента, с затратой энергии АТФ. В процессах активного транспорта принимают участие белки-переносчики. Он характерен для Сахаров, аминокислот и других веществ.

3.Облегченный транспорт ионов — механизм, обеспечиваю-

щий избирательный перенос некоторых ионов с помощью трансмембранных белков ионных каналов.

Экзоцитоз — процесс выведения веществ из клетки, происходящий на основе слияния с плазмолеммой внутриклеточных секреторных пузырьков и последующего освобождения их на поверхность клетки. Вначале экзоцитозные везикулы приближаются к плазмолемме, затем сливаются с ней — встраиваются

вплазмолемму, в результате чего содержимое везикулы выделяется на поверхность клеточной мембраны (при этом, площадь поверхности плазмолеммы увеличивается). Секреторные продукты могут использоваться клеткой для образования поверхностных белков плазмолеммы или входить в состав компонентов межклеточного матрикса.

Другой вариант экзоцитоза — отпочковывание. Это процесс, при котором секреторная везикула подвергается выпячиванию на поверхности плазмолеммы, а затем отшнуровывается в окружающую среду (при этом площадь поверхности плазмолеммы уменьшается). Молекулы, подвергшиеся таким способом экзоцитозу, во внеклеточном матриксе могут исполнять роль транспортных везикул, переносящих сигнальные молекулы.

Втранспортных процессах принимают участие фибриллы, связанные с плазмолеммой, способные сокращаться и втягивать мембрану внутрь.

6.Межклеточныесоединения, ихтипы

иструктурно-функциональнаяхарактеристика

Межклеточныесоединения— этоспециальныеструктуры, которые вместе с плазмолеммой обеспечивают взаимодействие между клетками. Известно три основных типа соединений: адгезионные, плотные и проводящие (рис. 4).

Адгезионные контакты механически связывают клетки между собой. Это точечные десмосомы, опоясывающие десмосомы и полудесмосомы.

Точечные десмосомы — это прилежащие друг к другу зоны соседних клеток, где на внутренней стороне мембран находятся

19

электронноплотные пластинки, связанные с микрофиламентами своих клеток. Прилегающие пластинки соединены также друг с другом филаментами белковой природы, которые проходят через межклеточное пространство. Здесь имеется электронноплотный материал.

Опоясывающие десмосомы

располагаются у апикального полюса клеток. Они со всех сторон опоясывают последние. Имеют внутри- и внеклеточную зоны. В первой выявлены пучки актиновых филаментов, во второй — α-актинин и винкулин. Межклеточное пространство заполнено растворенными гликопротеинами — молекулами клеточной адгезии.

Полудесмосомы представля-

ют собой половину десмосомы. Обеспечивают прикрепление эпителиоцитов к базальным мембранам клеток.

Простые и зубчатые соединения представлены простыми меж-

клеточными контактами, в области которых клетки сближаются на расстояние 15-20 нм, отсутствуют специальные структуры, а прикрепление клеток друг к другу обеспечивается изгибами цитолемм и образованием интердигитаций.

Плотные контакты — это структуры, которые не только механически связывают клетки, но и выполняют роль запирающей зоны, препятствуя прохождению молекул между клетками. В зоне плотных контактов мембраны клеток сближаются на расстояние до 5 нм и связаны при помощи специальных белков. Плотные контакты различны по своей эффективности. Одни из них полностью непроницаемы во многих точках контакта (тонкая кишка, семенник, мочевой пузырь). Другие — достаточно проницаемы из-за небольшого количества точек соприкосновения и, возможно, другой популяциисвязующихбелков(проксимальные канальцыпочки).

Проводящие (щелевые) контакты — это структуры, где осуще-

ствляетсяпередачамалыхмолекулизклеткивклетку. Мембраны

20