Поверхностный аппарат клетки. Методические указания.. Михеев в. С

• Название: Михеев в. С
• Анкор: Поверхностный аппарат клетки. Методические указания..doc
• Дата: 25.04.2017
• Размер: 0.92 Mb.
• Имя файла: Поверхностный аппарат клетки. Методические указания..doc
• Тип: Реферат; #4868
• Категория: Биология. Ветеринария. Сельское хозяйство
• страница: 15 из 18

Антагонистом эндорфинов является препарат налоксон, который, связываясь с опиатными рецепторами, не вызывает их активации, но препятствует взаимодейст­вию с эндорфинами или их агонистами, в частности, морфином. Введение налоксона вызывает усиление болевых ощущений. Тем не менее, использование этого препарата оправдано в случаях передозировки наркотика или для предупреждения (профилак­тики) возникновения наркотической зависимости при назначении больному наркотических анальгетиков опиатного ряда. Естественно, введение наркоманам больших доз налоксона (передозировка налоксона) вызывает острую форму синдрома отмены наркотика - ломку.

Наследственные дефекты (дефициты) эндорфинов или их рецеп­торов создают наследственную предрасположенность к наркомании. В таких случаях наркотическая зависимость развивается после пер­вого приема наркотика. У некоторых больных хроническим алкого­лизмом обнаруживается пониженное количество опиатных рецепторов. Вероятно, дефицит этих рецепторов вызывает частые симптомы депрессии и болевые ощущения, которые такие больные «снимают» приемом алкоголя. Алкоголь - тоже наркотик, вызы­вающий эйфорическое состояние и анальгезию, но действующий посредством другого механизма, не затрагивающего опиатную (эндорфинную) РСС.

В клетках мозга, селезенки и семенников обнаружены 3 вида рецепторов, которые взаимодействуют с анандамидом (этаноламидом арахидоновой кислоты). Данное соединение синтезируется самим организмом и активирует аденилатциклазную систему, регулирую­щую работу канала для ионов калия.

Оказалось, что эти рецепторы активируются и марихуаной (тет-рагидроканнабинолом) - наркотическим веществом, содержащимся в цветках и побегах конопли, из которых путем экстракции получа­ют более сильный наркотик гашиш. Курение марихуаны (гашиша) вызывает эйфорию, бесконтрольный смех, изменение восприятия времени, расстройство самосознания с чувством отчуждения собст­венной психики, повышение остроты зрения.

Эти эффекты позднее сменяются расслаблением организма, дре­мотным состоянием или сном. Высокие дозы наркотика приводят к повышению частоты сердечных сокращений и покраснению конъ­юнктивы. Наследственные дефекты синтеза анандамида создают предрасположенность к курению марихуаны. Прекращение употреб­ления данного наркотика, по словам самих больных, приводит к повышению ясности собственного мышления.

Атропин, вещество, содержащееся в некоторых растениях (кра­савка, белена, дурман и др.), является антагонистом нейромедиатора ацетилхолина. Он блокирует работу рецепторов фосфатидилинозитоловой РСС. Попадание атропина в кровь вызы­вает очень серьезные последствия для организма. Тем не менее, этот препарат используют в составе глазных капель для расслабления мышц зрачка глаза (расширения зрачка).

Внутривенно или внутримышечно атропин можно вводить при отравлении хи­мическими препаратами, инактивирующими фермент ацетилхолинэстеразу. Такие препараты вызывают резкое повышение уровня ацетилхолина и гиперфункциональ­ное состояние нервно-мышечной системы - спазм гладкой мускулатуры, в результате которого может наступить смерть от дыхательной недостаточности.

В этих случаях подавление атропином функций рецепторов ацетилхолина сни­жает эффекты данного нейромедматора. К подобным антиацетилхолинэстеразным препаратам относятся определенные инсектициды (препараты для борьбы с насеко­мыми) и боевые отравляющие вещества нервно-паралитического действия.

При дефиците или аномалиях структуры рецепторов ацетилхолина развивается миастения (мышечная слабость). Это заболевание характеризуется необычно сильной утомляемостью мускулатуры из-за нарушения передачи нервного импульса с нейронов на мышечные волокна. В наибольшей степени миастения затрагивает наружные глазные мышцы, мышцы шеи и пояса верхних конечностей.

Нарушение работы РСС может быть, также обусловлено действи­ем ряда возбудителей инфекционных заболеваний. Например, в со­ставе токсинов возбудителей холеры и коклюша имеется фермент АДФ-рибозилтрансфераза, с помощью которой происходит ковалентная модификация ГСБ, функционирующих в аденилатциклазной РСС. В результате этого целый ряд симптомов, наблюдаемых у больных холерой или коклюшем, являются следствием необратимой активации этой РСС в клетках, пораженных соответствующими бактериальными токсинами.
Контактная функция ПА обеспечивает взаимодействие клеток друг с другом или неклеточными структурами. Связи, в которые вступают клетки, можно рассматривать с различных точек зрения. Так, различают дистантные и контактные взаимодействия.

Дистантные взаимодействия подразумевают влияние одной клетки на другую с помощью гуморальных факторов - молекул, секретируемых клетками во внутреннюю среду организма (кровь, лимфу, тканевую жид­кость, спинномозговую жидкость, жидкость желудочков головного моз­га). В основе такого типа взаимодействий лежит секреторная функция одних клеток (экзоцитоз) и рецепторно-сигнальная функция других кле­ток.

Контактные взаимодействия, или контакты, означают непосредст­венную физико-химическую связь компонентов ПА клетки с определен­ными структурами организма. С этой точки зрения, существуют 2 вида контактов: клеточно-субстратные и межклеточные. В случае клеточно-субстратных контактов ПА клетки взаимодействует с компонентами организма, не имеющими клеточного строения, например, матриксом соединительных тканей или базальными мембранами (пластинками) эпи­телиальных тканей. При межклеточных контактах происходит прямое взаимодействие ПА одной клетки с ПА другой.

Оба вида контактов могут быть как временными, так и постоянными, хотя четкую границу между этими вариантами иногда трудно определить. Тем не менее, главной характеристикой временных контактов является не столько их кратковременность, сколько изменения функциональной активности контактирующих клеток. Для постоянных контактов, напро­тив, характерна стабильность положения и функциональной активности клеток, находящихся в контакте значительное время, часто - весь свой жизненный цикл.

Временные контакты присущи активно передвигающимся клеткам. На основе таких контактов, например, происходит миграция (перемещение) клеток в ходе индивидуального развития многоклеточного организма. В частности, подобным способом первичные половые клетки попадают из желточного мешка эмбриона в еще недифференцированные зачатки гонад (половых желез).

У сформировавшегося организма временные контакты характерны для многих клеток иммунной системы. Например, на основе таких контактов нейтрофилы (вид лейкоцитов) взаимодействуют с эпителиальными клетками капилляров и мигрируют из кровяного русла в тканевой очаг поражения. При определенного типа иммунном ответе лимфоциты вступа­ют во временной контакт с макрофагами, что является условием запуска реакций приобре­тенного иммунитета. Цитотоксические клетки иммунной системы формируют временные контакты с клетками-мишенями, индуцируя тем самым процессы, приводящие к гибели клеток-мишений.

Постоянные контакты являются более универсальными для много­клеточных организмов. Этот тип контактов лежит в основе формирова­ния, сохранения и функционирования многоклеточных структур (тканей, органов, систем органов). Именно поэтому постоянные контакты рас­сматриваются в качестве универсальной функции ПА клеток многокле­точного организма.

Вне зависимости от вида и продолжительности контактов, их образо­вание обеспечивается молекулами, входящими в состав ПА клеток. Эти молекулы объединяют термином «клеточные адгезивные молекулы» (КАМ), хотя они представлены разнообразными по структуре белками, гликопротеинами и, возможно, гликолипидами. Во внеклеточном матриксе имеются аналогичные молекулы, обозначаемые как субстратные адге­зивные молекулы (САМ).

Таким образом, клеточные контакты формируются на основе взаимо­действий между адгезивными молекулами типа КАМ-КАМ (межклеточ­ные контакты) или КАМ-САМ (клеточно-субстратные контакты). Достаточно условно, по характеру связей, КАМ можно подразделить на 3 категории: рецепторные, лигандные и рецепторно-лигандные.

Рецепторные КАМ имеют внеклеточный рецепторный домен, связывающий опреде­ленный домен другой адгезивной молекулы, который называют лигандным (связываемым). Рецепторные домены КАМ являются, как правило, белковыми. Лигандные КАМ имеют внеклеточный лигандный домен, который связывается соответствующим рецепторным доменом другой адгезивный молекулы.

Лигандные домены КАМ нередко представляют собой углеводные компоненты гликопротеинов или гликолипидов нлазмалеммы. Рецепторно-лигандные КАМ имеют оба типа доменов (и рецепторный, и лигандный) или один сложный - рецепторно-лигандный. Благо­даря этому рецепторно-лигандные КАМ могут взаимодействовать с такой же рецепторно-лигандной адгезивной молекулой.

Связи рецепторной КАМ с лигандной адгезивной молекулой получили название гете­рофильных взаимодействий. Аналогично обозначают и взаимодействие лигандной КАМ с рецепторной адгезивной молекулой. Связь между одинаковыми (рецепторно-лигандными) КАМ называют гомофильным взаимодействием.

Кроме простых взаимодействий, возможны и более сложные, включающие более двух адгезивных молекул. Например, 2 рецепторных КАМ разных клеток могут связывать одну и ту же лигандную молекулу, имеющую, естественно, минимум 2 лигандных домена.

Наиболее изученными рецепторными КАМ являются интегрины и лектины, лигандными КАМ - протеогликаны, рецепторно-лигандными КАМ - кадгерины, коннексины, иммуноглобулины и тайтины.

Все КАМ обеспечивают формирование постоянных клеточных кон­тактов определенной структуры, выполняющих не только универсальную контактную функцию ПА клеток, но и некоторые специфические важные клеточные функции. Постоянные межклеточные контакты (ПМКК) под­разделяют на механические, изолирующие и коммуникационные.

Механические, или адгезивные ПМКК выполняют 2 функции. Во-первых, с их помощью создается и сохраняется многоклеточность струк­тур организма. Во-вторых, некоторые из них позволяют перераспределять физическую нагрузку, полученную одной клеткой, на другие, контакти­рующие с ней. Благодаря этому, данная клетка может избежать механиче­ских повреждений.

По своей структуре, механические ПМКК подразделяют на простые и сложные. При формировании простых механических ПМКК существен­ную роль играют специфические и неспецифические взаимодействия между элементами гликокаликса, являющимися надмембранными доме­нами КАМ. При этом в месте образования контакта расстояние между участками плазмалеммы контактирующих клеток достаточно большое (10-20 нм). Кроме того, для простых контактов характерно от­сутствие четкой связи КАМ с элементами цитоскелета.

Неспецифические взаимодействия КАМ при простых контактах изучены плохо, но есть основания считать, что они формируются за счет электростатических связей между углеводными компонентами мембранных гликопротеинов и гликолипидов. Их количество в зоне контакта велико, так как углеводный компонент здесь развит сильно, поэтому такие взаимодействия обеспечивают достаточно прочную связь между клетками

Специфические взаимодействия в простых механических ПМКК об­разуются двумя видами рецепт орно-лигандных КАМ - иммуноглобулина­ми и кадгеринамина основе гомофильных взаимодействий:
кадгерин-кадгерин и иммуноглобулин-иммуноглобулин. При этом для
разных типов клеток характерны различные варианты как иммуноглобу­линов, так и кадгеринов. Кроме того, может быть разной и относительная
роль этих КАМ в формировании простых контактов между разными ти­пами клеток: для одного типа клеток более важными являются иммуног­лобулины, для другого - кадгерины.

Иммуноглобулины - это огромное семейство гомологичных белков, которые могут быть интегральными, периферическими и немембранными (секреторными). В частности, к иммуноглобулинам относятся антитела, секретируемые В-лимфоцитами при иммунном ответе организма на антигены. Все иммуноглобулины имеют характерные домены, вклю­чающие определенные аминокислотные последовательности, концы которых объединены дисульфидными связями. Такие петлеобразные домены называют иммуноглобулиновыми доменами.

К КАМ относятся иммуноглобулины, состоящие из одного полипептида и имеющие особое строение иммуноглобулиновых доменов - домены Н-типа. Чаще всего иммуноглобулиновые КАМ содержат 5 внеклеточных доменов Н-типа и различаются по структуре цитоплазматического домена. Некоторые адгезивные иммуноглобулины не имеют трансмембранного и цитоплазматического доменов, но ковалентно связаны с углеводной головкой мембранного липида фосфатидилинозитола.

При формировании простого механического контакта иммуноглобулиновые КАМ разных клеток взаимодействуют между собой как гомофильные рецепторно-лигандные КАМ. Благодаря этому, контактирующие клетки образуют многоклеточную структуру, которая сохраняется дли­тельное время, поскольку взаимодействие иммуноглобулиновых КАМ происходит без дополнительных условий и факторов.

Кроме иммуноглобулинов, в формировании простых механических контактов могут принимать участие белки кадгерины - КАМ, также спо­собные к гомофильным взаимодействиям. Кадгерины представлены, как и иммуноглобулины, целым семейством белковых молекул, адгезивная функция которых регулируется ионами Са²⁺.

Каждый кадгерин представляет собой один трансмембранный полипептид, состоящий из более 700 аминокислотных остатков, внеклеточная часть которого формирует рецепторно-лигандный домен и имеет Са²⁺-связывающий центр. Связывание ионов Са активирует этот домен, и он приобретает способность к гомофильному взаимодействию с таким же доменом молекулы кадгерина в ПА другой клетки. Кроме того, связав Са²⁺, кадгерин стано­вится устойчивым к действию протеолитических ферментов, протеаз.

В ПА разного типа клеток обнаруживаются различные варианты кад­геринов (все - Са²⁺-зависимые), что обусловливает возможность контакта именно между сходными клетками. Так, для эпителиальных клеток харак­терен кадгерин Е, клеток кишечника - кадгерин Р, нейронов - кадгерин N, клеток легких - кадгерины Р и N, нейроглии - кадгерин R, мышечных клеток - кадгерин М. Кадгериновые КАМ, формирующие простые меха­нические ПМКК имеют цитоплазматические домены, которые не взаимо­действуют с белками цитоскелета. Таким образом, этот вид контактов обеспечивает элементарную адгезию клеток за счет гомофильных взаимо­действий и не имеет других функций, кроме адгезивной.

Сложные механические ПМКК также образуются на основе гомо­фильных вз-аимодействий между определенными вариантами кадгеринов. Кроме того, что данные КАМ являются Са²⁺-зависимыми, они содержат домены, обеспечивающие связь кадгерина с цитоскелетом. Благодаря этому, сложные механические ПМКК выполняют не только адгезивную функцию, но и функцию перераспределения физических нагрузок на кон­тактирующие клетки. Контакты, образованные с помощью таких кадгери­нов, называют десмосомами. Различают 2 основных варианта десмосом - точечные и опоясывающие.

Точечные десмосомы характеризуются локальной, ограниченной со всех сторон зоной контакта, в пределах которой участки плазмалемм контактирующих клеток удалены друг от друга на расстояние около 20 нм. Собственно контакт формируют гомологи кадгерина Е - десмоглеины. Десмоглеины имеют крупный рецепторно-лигандный домен, акти­вируемый ионами Са²⁺ и способный к гомофильному взаимодействию с аналогичным доменом в ПА других клеток.

Точечные десмосомы включают большое количество десмоглеина, благодаря чему во внеклеточной зоне контакта с помощью белка десмоколлина рецепторно-лигаидные домены этих КАМ образуют десмоглеиновый слой, или центральную пластинку. Цитоплазматические домены десмоглеинов взаимодействуют с белками десмоплакинами, в результате чего в периферической гиалоплазме зоны контакта обеих клеток с помо­щью белка плакоглобина формируется десмоплакиновый слой, или пери­ферическая пластинка.

Таким образом, точечные десмосомы, в отличие от простых механи­ческих контактов, обеспечивают более жесткую связь за счет наличия внеклеточной и внутриклеточных структур - белковых пластинок.

Периферические десмоплакиновые пластинки взаимодействуют со СФ. Это усиливает прочность контакта за счет связи с общей системой цитоскелета, и фактически объединяет цитоскелеты контакти­рующих клеток в единую систему. Именно такое единство цитоскелетов соседних клеток обеспечивает возможность передачи части механической нагрузки, полученной одной клеткой, на другие, контактирующие с ней клетки.

Опоясывающие десмосомы отличаются от точечных рядом парамет­ров. Во-первых, кадгерины Е таких десмосом имеют иную структуру рецепторно-лигандных доменов и не формируют центральную пластинку. Во-вторых, цитоплазматические домены этих КАМ не взаимодействуют с десмоплакинами - периферические пластинки в опоясывающих десмосомах также не образуются. Однако в данном случае цитоплазматические домены кадгеринов связываются с белками опорно-сократительной сис­темы ПА альфа-актинтом и винкулином, которые обеспечивают связь кадге­ринов Е с пучком актиновых МФ, взаимодействующих с миозином.

В результате этого формируется зона контакта, представленная в периферической гиалоплазме актомиозиновым кольцом, опоясывающим клетку с внутренней стороны. Такая структура контакта позволяет ему выполнять не только адгезивную, но и сегрегационную функцию. Наличие сплошного контактного пояска приводит к разделению ПА клетки на 2 большие области (компартмента), расположенные по разные стороны опоясывающей десмосомы.

Так как кадгериновый поясок препятствует свободной латеральной диффузии белков плазмалеммы, опоясывающие десмосомы обеспечивают структурно-функциональную дифференцировку ПА клетки, например, на апикальную (верхнюю) и базальную (нижнюю) части. Такой способ дифференцировки ПА широко представлен в клетках эпителиальных тканей, особенно в однослойных эпителиях.

Поскольку компонентом опоясывающих десмосом является актомиозиновое кольцо, оно используется для изменения формы отдельных клеток и, как следствие, целых клеточ­ных слоев. Активация миозина в кольце приводит к сужению соответствующей части клет­ки. Так как клетки объединены системой опоясывающих десмосом, это вызывает формирование чашевидных или трубчатых структур, стенки которых образованы контакти­рующими клетками. В частности, именно таким способом в процессе эмбрионального развития хордовых происходит образование зачатка центральной нервной системы - нерв­ной трубки - из участка наружного зародышевого листка, эктодермы.