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: 16 из 18

Механические ПМКК играют существенную роль в жизнедея­тельности отдельных клеток и всего многоклеточного организма,поэтому их аномалии могут приводить к различным патологическим состояниям. Так, известны наследственные дефекты механических контактов, вызывающие интенсивное шелушение поверхности рого­вого слоя эпидермиса кожи, видимым симптомом которого является головной питириаз, или перхоть. С другой стороны, интенсивность этого процесса может быть существенно ниже нормальной, что на­блюдается, в частности, при вульгарном ихтиозе (аномальном утол­щении участков эпидермиса).

Нарушение структуры некоторых белков, формирующих десмо­сомы между эпителиальными клетками, приводит к тяжелому забо­леванию - пемфигусу, или пузырчатке кожи. При этой болезни, которая может быть наследственной, на коже образуются многочис­ленные волдыри (пузырьки) из-за просачивания тканевой жидкости через эпидермис, который является более рыхлым вследствие нару­шения механических контактов. Пузырчатка способна проявляться не только на уровне эпидермиса кожи, но и эпителиев слизистых оболочек.

К таким белкам относится плектин - элемент цитоскелета, представленный в десмосомах клеток ороговевающего эпителия кожи. Здесь он обеспечивает почную фиксацию клеток ороговевающего слоя к слою нижележащих клеток. Наследственные дефекты струк­туры плектина вызывают развитие простого врожденного булезного эпидермолиза (пузырчатого разрушения эпидермиса). При данном заболевании на участках кожи, подвергающихся сдавлению или тре­нию, образуются пузыри. Через некоторое время эти пузыри исчеза­ют или оставляют после себя очаги гиперпигментации (пятна темного цвета).

Плексин обнаруживается и в мышечных волокнах, где вместе с десмином (белком мышечных скелетных фибрилл) и белком кожи и мышц HD1 участвует в прикреплении к плазмалемме сократитель­ного актомиозинового аппарата скелетной мускулатуры. Такая си­туация у больных простым врожденным булезным эпидермолизом приводит к развитию и мышечной дистрофии, проявляющейся в позднем возрасте.

Наследственные аномалии формирования десмосом являются одной из причин мукоэпителиальной дисплазии (нарушения развития слизистого эмителия), которая характеризуется поражением всех слизистых оболочек, катарактой (помутнением хрусталика глаз), кератозом (утолщением эпидермиса кожи), алопецией (выпадением волос), фотофобией (светобоязнью) и повышенной чувствительно­стью к респираторным и кишечным инфекциям.

Дефекты механических контактов, включая наследственные, мо­гут быть одной из причин образования метастазов (вторичных опу­холей) у онкологических больных. Существенно, что само раковое перерождение клетки нередко приводит к ослаблению механических контактов между опухолевыми клетками. В результате отдельные раковые клетки обособляются от опухоли, попадают в другие части организма и формируют там вторичные опухоли.

Изолирующие контакты (плотные контакты, или зоны слияния) являются вторым видом ПМКК. Изолирующие контакты, как и все дру­гие, выполняют универсальную адгезивную функцию. Однако для них характерна и специфическая, главная функция - создание клеточных внеклеточными средами (пространствами).

Это выражается в формировании слоя клеток, который препятствует движению крупных молекул из одной среды в другую, т.е. через клеточный барьер. Именно поэтому изолирующие контакты очень характерны для эпителиальных тканей, выстилающих полости внутренних органов, сосудов, каналов или являющихся компонентом наружного покрова орга­низма (кожи).

Изолирующие контакты образуются с помощью Са²⁺-независимых интегральных белков плазмалеммы, белков изолирующих контактов. Структура этих белков такова, что их трансмембранные домены взаимо­действуют друг с другом в БЛС плазмалеммы и формируют изолирующие полоски, опоясывающие клетку по окружности.

Собственно межклеточный контакт является результатом гомофильного взаимодействия между белками изолирующих полосок ПА разных клеток. При этом, в отличие от механических контактов, плазмалеммы контактирующих клеток сильно сближаются, и тесная связь между изоли­рующими полосками создает сплошной белковый барьер, не проницае­мый для относительно крупных молекул.

Количество изолирующих полосок в зоне контакта может быть раз­ным, что зависит от функций эпителиального барьера. Так, в эпителии почечных клубочков, где осуществляется интенсивная фильтрация плазмы крови с образованием первичной мочи, число изолирующих полосок не превышает двух. Благодаря этому в первичную мочу попадают вещества, подлежащие дальнейшему выводу из организма (например, мочевина). Однако при этом в первичной моче оказываются и необходимые организ­му органические молекулы (глюкоза, аминокислоты), которые затем при­ходится реабсорбировать в почечных канальцах.

Вторичная моча, содержащая вредные для организма вещества, нака­пливается в мочевом пузыре. В эпителии этого органа формируются мощ­ные зоны изолирующих контактов, включающие до 8 изолирующих полосок, располагающихся не только параллельно, но и под утлом друг к другу. В результате через такую зону во внутреннюю среду организма из мочевого пузыря не проникают даже такие мелкие молекулы, как мочеви­на (карбамид).

При высоких функциональных нагрузках на эпителий степень изоля­ции может усиливаться. Это достигается тем, что белки изолирующих полосок взаимодействуют с элементами цитоскелета, чаще всего - МФ, которые, в свою очередь, фиксируются МТ.

Изолирующие контакты, как и опоясывающие десмосомы, служат для разделения ПА клеток на апикальный и базальный компартменты, так как изолирующие полоски препятствуют миграции белков плазмалеммы че­рез зону контакта. Так, в апикальной части ПА эпителиальных клеток тонкой кишки, обращенной в полость, локализуются активные перенос­чики глюкозы (Na-симпортеры), а в базолатеральной - пассивные пере­носчики GluT. Благодаря этому, транспорт глюкозы осуществляется в направлении «полость кишки -> эпителий кишечника -> межклеточная жидкость -> кровеносный сосуд.

Аномалии изолирующих контактов приводят к тяжелым послед­ствиям. Примером такого дефекта является протеинурия (наличие белков в моче), обусловленная ослаблением изолирующих контактов в эпителии почечных клубочков, благодаря чему в первичную мочу попадают не только малые органические соединения, но и крупные - белки. Кроме наследственных причин, протеинурия может быть следствием высоких физических нагрузок и нередко наблюдается, например, у спортсменов в ходе или сразу после соревнований.
Коммуникационные контакты являются третьим видом ПМКК. Как и другие виды контактов, коммуникационные контакты обеспечивают адгезию определенных клеток. Однако, их основная и специфическая функция - передача химических сигналов из одной клетки в другую.

Благодаря этому коммуникационные контакты иногда называют хи­мическими контактами. Наличие таких контактов обеспечивает струк­турную и функциональную кооперацию контактирующих клеток, проявляюшуюся согласованностью их действия в многоклеточном орга­низме и взаиморегуляции. Известны 2 варианта коммуникационных кон­тактов: щелевые и синоптические.

Щелевые контакты, или нексусы, обеспечивают прямую передачу химического сигнала из гиалоплазмы одной клетки в гиалоплазму другой, контактирующей с ней, клетки. Такая передача осуществляется с помо­щью специальных интегральных белков плазмалеммы коннексинов.

Коннексины представляют собой полипептиды, включающие около 280 аминокислот­ных остатков и формирующие 4 трансмембранных альфа-спиральных домена в БЛС В клетках разною типа обнаруживаются различные варианты коннексинов в отношении своей пер­вичной структуры, но имеющие универсальную третичную структуру.

В БЛС коннексины взаимодействуют друг с другом и формируют коннексон канал, состоящий из 6 молекул коннексина. Собст­венно щелевой контакт образуется путем взаимодействия внеклеточных доменов коннексинов, входящих в состав коннексонов разных клеток, т.е. за счет гомофильных взаимодействий. В результате формируется единая для обеих контактирующих клеток канальная структура с диаметром ка­нала порядка 2 нм (диаметр самой структуры составляет 8 нм).

При этом, как и в случае изолирующих контактов, плазмалеммы в районе контакта сближаются до расстояния 2-4 нм. Как правило, зона щелевого контакта включает сотни коннексонов, расположенных рядом друг с другом. Это обеспечивает достаточно интенсивный и локальный поток молекул между контактирующими клетками.

Диаметр коннексонных каналов (2 нм) позволяет переходить из одной клетки в другую путем ПТ (по градиенту концентрации) частицам и молекулам, имеющим молекулярную массу до 1000. К ним относятся разнообразные ионы, моносахариды, аминокислоты, неко­торые витамины, стероидные гормоны и нуклеотиды, включая циклические. С другой стороны, пептиды, олигосахариды и олигонуклеотиды не способны проходить через канал коннексонов из-за своих крупных размеров.

Щелевые контакты дают возможность относительно равномерного распределения между контактирующими клетками важных внутриклеточ­ных метаболитов, например, глюкозы и аминокислот. Благодаря этому, обеспечивается взаимное снабжение такими метаболитами, предотвра­щающее или их сильный дефицит в отдельных клетках, или, наоборот, избыточное накопление.

Не менее важной функцией щелевых контактов является передача сигнальных молекул, вызывающих определенные клеточные реакции: ионов, стероидных гормонов, цАМФ, цГМФ и т.п. Это позволяет целой группе контактирующих между собой клеток согласованно и однозначно реагировать на сигнал, полученный отдельными клетками.

Например, если в одной из клеток активируется аденилатциклаза, в ней происходит увеличение концентрации цАМФ, который по своему градиенту будет диффундировать через коннексоны в соседние клетки. Тогда во всех этих клетках произойдет активация протеинкиназы А, что вызовет одинаковую реакцию всех контактирующих клеток.

Щелевые контакты характерны для клеток тканей и органов, в кото­рых очень важным является быстрое и согласованное действие всех кле­ток. К таким тканям относятся миокард (сердечная мышца) и гладкая мускулатура, клетки которых объединены большим количеством щеле­вых контактов.

В миокарде через коннексоны транспортируются ионы Na⁺, благодаря чему кардиомиоциты быстро передают друг другу возбуждение. Резуль­татом этого является согласованное сокращение и расслабление кардио-миоцитов и сердечной мышцы в целом. Щелевые контакты, функционирующие за счет потока ионов, называют электрическими си­напсами, так как через них распространяется электрический мембранный потенциал.

Особенно много щелевых контактов образуется между клетками глад­кой мускулатуры стенки матки млекопитающих, включая человека. Это обеспечивает эффективное протекание процесса родов - вывода плода из матки за счет сократительной деятельности ее мускулатуры. Аналогич­ным образом обеспечиваются процессы перистальтики (волнообразного сокращения) стенок пищеварительного тракта (пищевода, желудка, кишечника), в результате чего его содержимое в норме перемещается в определенном направлении.

Функционирование коннексонов подвержено регуляции со стороны клетки. В частно­сти, коннексины способны фосфорилироватьея с помощью протеинкиназы А, активируемой цАМФ, что поддерживает открытое состояние канала коннексона. С другой стороны, силь­ное увеличение уровня ионов Са²⁺ в клетке приводит к подавлению проводящей способно­сти щелевых контактов. Вероятно, это служит механизмом предотвращения кальциевой перегрузки соседних клеток, гак как, закрыв свои каналы, данная клетка изолируется от контактирующих с ней клеток. Аналогичные последствия (закрытие каналов) вызывает также снижение уровня рН периферической гиалоплазмы.

В миокарде сокращение клеток индуцируется повышением концен­трации Са²⁺, которое, в свою очередь, обеспечивается током Na⁺ через коннексоны, т.е. деполяризацией плазмалеммы. В этом случае Са²⁺-зависимое закрытие коннексонов обеспечивает временную неспособность клеток к повторному сокращению (рефрактерный период) и служит усло­вием реполяризации мембраны, необходимой для очередного сокращения. В результате создается циклический механизм сопряжения процессов возбуждения и сокращения, который принципиально важен для нормаль­ной работы кардиомиоцитов.

Нарушения структуры, функции и регуляции работы щелевых контактов изменяют скорость и некоторые другие особенности про­ведения химических сигналов, что может приводить к определенным патологическим состояниям. В частности, дефекты на уровне функ­ций коннексонов в кардиомиоцитах являются одной из причин сер­дечных аритмий - нарушений ритма сердечных сокращений. Очень серьезные последствия вызывают аритмии, характеризующиеся фибрилляцией (мерцанием) миокарда.

Так, при фибрилляции желудочков сердца возбуждение распро­страняется по ним хаотически, приводя к нарушениям их функций, вызывающих остановку кровообращения, потерю сознания и гибель организма через несколько минут. Фибрилляция желудочков явля­ется самой частой причиной смерти при электротравмах. Тем не менее, в определенных условиях с помощью электрического тока можно устранить фибрилляцию - осуществить дефибрилляцию.

Эта процедура проводится специальным прибором дефибриллятором, который подает одиночный короткий электроимпульс величиной в несколько ампер. При отсутствии электродефибриллятора больному вводят лекарственный препарат лидокаин, который блокирует каналы для ионов Na⁺ и укорачивает рефрактерный период кардиомиоцитов.

Нарушения структуры и функции коннексонных контактов клетки могут быть причиной возникновения опухолей. Клетка, изо­лированная информационно от соседних, выходит из-под общеткане­вого контроля и нередко начинает интенсивно делиться из-за нарушения механизмов так называемого «контактного торможе­ния». В результате неконтролируемого деления возникает опухоль, которая при определенных условиях может стать злокачественной.

Дефекты щелевых контактов наряду с аномалиями десмосом приводят не развитию наследственной мукоэпителиальной дистро­фии (см. ранее).

Синаптические контакты, или химические синапсы, являются вари­антом коммуникационных контактов, характерным для нейронов. Кроме межнейронных взаимодействий, с помощью химических синапсов обес­печивается информационная связь между нейронами и другими типами клеток, например, мышечными.

В синаптических контактах между специализированными участками ПА контактирующих клеток формируется синапс. Он включает участок ПА клетки, которая передает сигнал, пресинаптическую мембра­ну, и участок ПА клетки, получающей сигнал, постсиноптическую мем­брану. Между этими мембранами имеется пространство, синоптическая щель, шириной около 20 нм, в которой находятся адгезивные молекулы углеводной природы - гликозаминогликаны (мукополисахариды).

Вероятнее всего, они служат лигандными САМ для определенных рецепторных КАМ, локализованных в пре- и постсинаптической мембранах. В качестве рецепторных КАМ в этом случае могут выступать интегрины, обеспечивающие адгезию в зоне синапса путем гетерофильных взаимодействий типа KAM1-CAM-KAM2.

С помощью синаптических контактов происходит передача возбуж­дения с нейронов на другие клетки. В этом случае потенциал действия (ток ионов Na⁺, деполяризующий мембрану аксона) достигает пресинаптической мембраны и активирует потенциал-зависимые Са-каналы. Воз­никающий поток ионов Са²⁺ в аксон индуцирует экзоцитоз нейромедиаторов (например, ацетилхолина) из мембранных пузырьков в синаптическую щель.

Попав в синаптическую щель, нейромедиатор диффундирует к постсинаптической мембране, где взаимодействует с переносчиками ионов или другими клеточными рецепторами. Это приводит к их активации, в результате чего клетка, получившая сигнал в виде нейромедиатора, адекватно реагирует на этот сигнал. В случае нейронов или мышечных клеток первичный клеточный ответ на нейромедиатор реализуется в виде деполяризации постсинаптической мембраны.

Такой способ передачи сигнала является более медленным, чем в щелевом контакте (электрическом синапсе). Однако, химические синапсы обеспечивают более тонкую регуля­цию процесса передачи сигнала. Например, его сила может определяться числом секретируемых молекул медиатора. Так как нейромедиаторы в синаптической щели подвергаются ферментативному расщеплению или обратному згжвату, продолжительность действия сигнала можно регулировать путем подавления или стимуляции соответствующих фермен­тов и переносчиков.

Возможность модулирования режима работы синаптических контактов используется в медицинской практике. Например, одной из причин депрессии является дефицит нейромедиатора норадреналина в синаптических щелях определенных нейронов. Для лечения таких состояний можно использовать антидепрессанты с различ­ным механизмом действия.

Трициклические антидепрессанты (имипрамин, амитриптилин) блокируют работу переносчика пресинантической мембраны, осуще­ствляющего обратный транспорт избытка норадреналина из синап­тической щели. В результате этого количество нейромедиатора в химическом синапсе возрастает, компенсируя эффект его дефицита и снимая состояние депрессии. К аналогичным последствиям приводит применение антидепрессантов, ингибирующих активность фермен­тов катехоламин-О-метилтрансферазы или моноаминоксидазы, инактивирующих норадреналин в самих нейронах.

Кокаин - вещество, содержащееся в растении кока, - обладает мощным стимулирующим действием и является наркотическим соединением. Механизм его действия основан на инактивации об­ратных переносчиков (связывании с ними) нейромедиаторов дофа­мина и норадреналина в пресинаптической мембране, т.е. увеличении концентрации этих нейромедиаторов в синаптической щели.