Гистология Microsoft Word. Реферат Современные представления о мембранной системе клетки. В частности Клеточные мембраны. Мембранный конвейер. Барьернорецепторная и транспортная системы клетки. Молекулярные и ультраструктурные основы клеточной рецепции. Рецепторные белки мембран
 Скачать 60.3 Kb.
|
 Министерство здравоохранения Российской Федерации Алтайский государственный медицинский университет Реферат «Современные представления о мембранной системе клетки. В частности: Клеточные мембраны. Мембранный конвейер. Барьерно-рецепторная и транспортная системы клетки. Молекулярные и ультраструктурные основы клеточной рецепции. Рецепторные белки мембран» Выполнила студентка 125 группы Гильдебрант Карина Юрьевна Преподаватель: Катанцева Анастасия Евгеньевна Барнаул 2018 Клеточная мембрана Клеточная мембрана (оболочка клетки) представляет собой тонкую липопротеидную пластинку, содержание липидов около 40 %, белков — около 60 %. На внешней поверхности мембраны имеется небольшое количество (5—10 %) углеводов, молекулы которых соединены либо с белками, либо с липидами и образуют гликокаликс, структура и функции которого у разных клеток могут различаться. Белки мембран подразделяются на 2 типа: интегральные и периферические. Молекулы интегральных белков погружены в толщу мембраны на большую или меньшую глубину. Этот тип белков обеспечивает взаимодействие между клетками тканей. Выполняют функцию ионных насосов. Периферические белки располагаются, как правило, с внутренней стороны мембраны. Они являются катализаторами протекающих в клетке хим. реакций, т.е. являются энзимами. Периферические белки формируют цитоскелет клеток, который придает мембране клеток прочность и одновременно гибкоэластические свойства. Функции: · барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой. Избирательная проницаемость означает, что проницаемость мембраны для различных атомов или молекул зависит от их размеров, электрического заряда и химических свойств. Избирательная проницаемость обеспечивает отделение клетки и клеточных компартментов от окружающей среды и снабжение их необходимыми веществами. · транспортная — через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки. Транспорт через мембраны обеспечивает: доставку питательных веществ, удаление конечных продуктов обмена, секрецию различных веществ, создание ионных градиентов, поддержание в клетке оптимального pH и концентрации ионов, которые нужны для работы клеточных ферментов. · матричная — обеспечивает определенное взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие. · механическая — обеспечивает автономность клетки, ее внутриклеточных структур, также соединение с другими клетками (в тканях). Большую роль в обеспечение механической функции имеют клеточные стенки, а у животных — межклеточное вещество. · энергетическая — при фотосинтезе в хлоропластах и клеточном дыхании в митохондриях в их мембранах действуют системы переноса энергии, в которых также участвуют белки; · рецепторная — некоторые белки, находящиеся в мембране, являются рецепторами (молекулами, при помощи которых клетка воспринимает те или иные сигналы). Например, гормоны, циркулирующие в крови, действуют только на такие клетки-мишени, у которых есть соответствующие этим гормонам рецепторы. Нейромедиаторы (химические вещества, обеспечивающие проведение нервных импульсов) тоже связываются с особыми рецепторными белками клеток-мишеней. · ферментативная — мембранные белки нередко являются ферментами. Например, плазматические мембраны эпителиальных клеток кишечника содержат пищеварительные ферменты. · осуществление генерации и проведения биопотенциалов. · С помощью мембраны в клетке поддерживается постоянная концентрация ионов: концентрация иона К+ внутри клетки значительно выше, чем снаружи, а концентрация Na+ значительно ниже, что очень важно, так как это обеспечивает поддержание разности потенциалов на мембране и генерацию нервного импульса. · маркировка клетки — на мембране есть антигены, действующие как маркеры — «ярлыки», позволяющие опознать клетку. Это гликопротеины (то есть белки с присоединенными к ним разветвленными олигосахаридными боковыми цепями), играющие роль «антенн». Из-за бесчисленного множества конфигурации боковых цепей возможно сделать для каждого типа клеток свой особый маркер. С помощью маркеров клетки могут распознавать другие клетки и действовать согласованно с ними, например, при формировании органов и тканей. Это же позволяет иммунной системе распознавать чужеродные антигены. Мембранный конвейер Мембраны клетки представлены плазмалеммой поверхностного аппарата и цитоплазматическими (внутриклеточными) мембранами. Все мембраны имеют принципиально одинаковое строение. На мембранах протекают все основные процессы в клетке, они структурируют биохимические процессы. Мембраны выполняют функцию компартментализации (компартмент – отсек, окруженная мембраной область) - пространственное разграничение внутриклеточного содержимого на обособленные отсеки, что создает условия для одновременного протекания различных ферментативных реакций. Мембранный конвейер или поток дифференцирующихся мембран - система рециклирования мембран. Мембраны формируются на основе предшествующих структур и возможен взаимопереход одних мембран в другие. Главное место сборки мембран - наружная мембрана поверхностного аппарата ядра и ЭПС в дифференцированных клетках. Перестройка мембран происходит в очень короткие сроки путем встраивания специфических белков соответствующих органоидов и изменения липидного состава. Барьерно-рецепторная и транспортная системы клетки Ведущими функциями мембраны являются барьерная (разграничения цитоплазмы с внешней средой), функции рецепции и транспорта различных веществ как внутрь клетки, так и из нее. Рецепторные функции связаны с локализацией на плазмолемме специальных структур, участвующих в специфическом «узнавании» химических и физических факторов. Клеточная поверхность обладает большим набором компонентов — рецепторов, определяющих возможность специфических реакций с различными агентами. Рецепторами на поверхности клетки могут служить гликопротеиды и гликолипиды мембран. Считается, что такие чувствительные к отдельным веществам участки могут быть разбросаны по всей поверхности клетки или собраны в небольшие зоны. Существуют рецепторы к биологически активным веществам — гормонам, медиаторам, к специфическим антигенам разных клеток или к определенным белкам. С плазмолеммой связана локализация специфических рецепторов, отвечающих за такие важные процессы, как взаимное распознавание клеток, развитие иммунитета, рецепторов, реагирующих на физические факторы. Так, в плазмолемме светочувствительных клеток животных расположена специальная система фоторецепторных белков (родопсин), с помощью которых световой сигнал превращается в химический, что в свою очередь приводит к генерации электрического импульса. Транспортная система. В клетке осуществляется синтез огромного количества видов веществ. Часть этих веществ потребляется клеткой на собственные нужды — синтез АТФ, построение органелл, накопление запасов, часть выводится из клетки — вещества оболочки (клетки растений, грибов, некоторых протист), гликокаликса (животные клетки), клеточные секреты (ферменты, гормоны, коллаген, кератин и т. д.). Синтез этих веществ, их перемещение из одной части клетки в другую и выведение за ее пределы происходят в системе замкнутых цитоплазматических мембран — эндоплазматической сети, или эндоплазматическом ретикулуме, и комплексе Гольджи, которые и образуют экспортную систему клетки. Эндоплазматический ретикулум (ЭР) представляет собой систему разветвленных каналов, вакуолей (цистерн), пузырьков, создающих подобие рыхлой сети в цитоплазме. Стенки каналов и полостей образованы элементарными мембранами. В клетке существуют два типа ЭР: гранулярный (шероховатый) и агранулярный (гладкий). Гранулярный ЭР густо усеян рибосомами, а гладкий, состоящий в основном из длинных узких трубчатых каналов, не связан с ними. Наличие рибосом на мембранах гранулярного ЭР свидетельствует о том, что этот тип ЭР связан с биосинтезом белка. На рибосомах, связанных с гранулярным ЭР, как правило, синтезируются белки, не используемые самой клеткой. Они выводятся за ее пределы (белки, используемые на внутренние потребности клетки, синтезируются на рибосомах цитоплазмы, не связанных с ЭР). Гранулярный ЭР особенно хорошо развит в клетках, которые вырабатывают большое количество белковых секретов (некоторые клетки соединительной ткани, вырабатывающей антитела, клетки слюнных желез, поджелудочной железы и т. д.). Синтезируемые белки проходят через мембрану в каналы и полости ЭР, изолируются от цитоплазмы, накапливаются здесь и перемещаются по каналам от места синтеза в другие части клетки либо выводятся за ее пределы. Таким образом, в мембранах гранулярного ЭР скапливаются и изолируются белки, которые могли бы быть вредными для клетки. Например, синтез гидролитических ферментов и свободный выход их в цитоплазму приводил бы к самоперевариванию клетки и ее гибели. Однако этого не происходит, потому что подобные белки надежно изолированы в полостях ЭР. Необходимо подчеркнуть, что на рибосомах гранулярного ЭР синтезируются также интегральные и периферические белки мембран клетки и некоторая часть белков цитоплазмы. Цистерны гранулярного ЭР связаны с ядерной оболочкой, некоторые из них являются прямым продолжением последней. Считается, что после деления клетки оболочки новых ядер образуются из мембран цистерн ЭР. На мембранах агранулярного (гладкого) ЭР протекают процессы синтеза липидов и некоторых углеводов (например, гликогена). Выведение из клетки веществ, синтезированных в ЭР, осуществляется с участием другой мембранной структуры — комплекса Гольджи (КГ). КГ представляет собой систему плоских дискообразных мешочков (цистерн), ограниченных мембраной. Цистерны располагаются стопками одна над другой и образуют диктиосому. По краям от цистерн отшнуровываются крупные и мелкие пузырьки. Число диктиосом в клетках варьируется от одной до десятков и сотен в зависимости от типа клеток и фазы их развития. К КГ доставляются вещества, синтезируемые в ЭР. От цистерн ЭР отшнуровываются пузырьки, которые соединяются с цистернами КГ. В КГ эти вещества дорабатываются и созревают. Одновременно с поступлением веществ из ЭР происходит перестройка мембран: тонкая мембрана пузырька ЭР, вошедшая в состав КГ, превращается в более плотную мембрану с иным составом липидов и белков, сходную с цитоплазматической мембраной. Липиды поступают из гладкого ЭР, а белки — частично из гранулярного ЭР, частично от свободных рибосом цитоплазмы. Зрелые цистерны диктиосомы отшнуровывают пузырьки, или вакуоли Гольджи, заполненные секретом. Содержимое таких пузырьков либо используется самой клеткой, либо выводится за ее пределы. В последнем случае пузырьки Гольджи подходят к плазматической мембране, сливаются с ней и изливают свое содержимое наружу, а их мембрана включается в плазматическую мембрану, и таким образом происходит ее обновление. Цистерны КГ активно извлекают из цитоплазмы моносахариды и синтезируют из них более сложные олигосахариды и полисахариды. У растений в результате этого образуются пектиновые вещества, гемицеллюлоза, используемые для построения клеточной стенки, а также слизь корневого чехлика. У животных подобным образом синтезируются гликопротеины и гликолипиды гликокаликса, вырабатываются секрет поджелудочной железы, амилаза слюны, пептидные гормоны гипофиза, коллаген. Комплекс Гольджи и ЭР тесно связаны между собой; их совместная деятельность обеспечивает синтез и преобразование веществ в клетке, их изолирование, накопление и транспорт. Молекулярные и ультраструктурные основы клеточной рецепции Рецепторы - макромолекулы расположенные на цитоплазматической мембране клетки или внутриклеточно, способные специфически взаимодействовать с ограниченным набором лекарственных средств и БАВ и трансформировать сигнал об этом взаимодействии в специфический клеточный ответ. В ответ на специфический сигнал клетка запускает молекулярный каскадный механизм, который реализует интегративный путь биохимического ответа. Эукариотические клетки могут взаимодействовать с большим числом молекул, переносящих информационные сигналы. Наиболее известные экзогенные сигнальные молекулы это гормоны (стероидные и пептидные); однако, клетки могут реагировать и на другие бимолекулярные сигналы. Внутриклеточные каскады ферментативных реакций не зависят от типа сигнальной молекулы. Когда сигнальная молекула связывается с клеточной поверхностью, запускается каскад реакций, вызывающих определенные внутриклеточные процессы, например, начало пролиферации. Специфичность клеточного ответа определяется типом экспрессируемого рецептора. В клетках каждого конкретного типа имеется характерный набор рецепторов, расположенных на клеточной поверхности, в цитозоль и ядре. Эти рецепторы служат для получения специфического сигнала и запуска каскада ферментативных реакций, вызывающих клеточный ответ. Общая схема процесса передачи сигнала включает пять основных этапов. На каждом этапе могут происходить нарушения передачи сигнала, приводящие к патологическим процессам и заболеваниям:
Молекулярные принципы передачи сигнала в сенсорных клетках. В органах чувств млекопитающих имеются особые клетки: 1. зрительные клетки - фоторецепторы 2. обонятельные нейроны 3. вкусовые рецепторы языка для восприятия соленого, сладкого, кислого и горького вкуса 4.механорецепторы, обеспечивающие тактильную чувствительность. Большинство чувствительных клеток - это эпителиальные клетки, соединенные с нейронами, передающими сигналы в головной мозг. Обонятельные клетки представляют собой модифицированные нейроны. В механорецепторах, чувствительных к растяжению и прикосновению, а также во вкусовых клетках рецепторную функцию выполняют белки натриевых каналов, локализованные в мембране клеток. Передача сигнала происходит во время открытия канала, когда ионы натрия входят в клетку и вызывают ее деполяризацию. Фоторецепторные клетки и обонятельные нейроны воспринимают сигналы рецепторами, семикратно пронизывающими мембрану и сопряженными с G-белками. Рецепторные белки Рецепторные белки, молекулы или молекулярные комплексы клетки, способные специфически связывать другие молекулы, несущие внешние для клетки регуляторные сигналы (напр., гормоны, нейромедиаторы), или реагировать на физические факторы (напр., свет); благодаря конформационным изменениям, индуцируемыми этими сигналами, рецепторные белки запускают определенные каскадные биохимические процессы в клетке, в результате чего реализуется ее физиологический ответ на внешний сигнал. Большинство рецепторные белки локализовано в плазматической мембране и представляет собой пронизывающие мембрану гликопротеины. Они взаимодействуют с белковыми или пептидными гормонами, а также с низкомолекулярными биорегуляторами, например, с простагландинами. аминокислотами. Рецептор света—родопсин локализован в мембранных структурах сетчатки глаза. Внутриклеточные рецепторные белки обычно локализованы в ядре и взаимодействуют со стероидными гормонами и гормонами щитовидной железы (производными тирозина). Известно несколько механизмов, по которым активированные рецепторные белки запускают биохимические процессы в клетке. Напр., при взаимодействии ацетилхолина с никотиновым холинорецептором (чувствителен не только к ацетилхолину, но также и к никотину), локализованным в постсинаптической мембране, открывается Na-канал. Увеличение внутриклеточного содержания Na+ приводит к деполяризации мембраны, что обусловливает передачу нервного импульса. Другая группа мембранных рецепторных белков сопряжена связанными с мембраной регуляторными ферментами, в частности с аденилатциклазой, гуанилатциклазой, фосфолипазой С. К рецепторным белкам, активирующим аденилатциклазу, относят, например, b-адренергические рецепторы, рецепторы глюкагонатирео-тропного гормона; к рецепторным белкам, ингибирующим этот фермент,-a2-адренергические рецепторы, некоторые опиатные рецепторы, рецепторы соматостатина, один из рецепторных белков, активирующих фосфолипазу С,-a1-адренергический рецептор. Сопряжение рецепторных белков со всеми указанными ферментами осуществляется через регуляторные белки (т. наз. G-белки), которые способны связывать гуапозинтрифосфат (ГТФ) и гидролизовать его до гуанозиндифосфата. Рецепторные белки, активированные биорегулятором, взаимодействуют со специфическими G-белком и индуцирует связывание с ним ГТФ. G-белок в комплексе с ГТФ представляет собой активную форму этого белка, которая способна взаимодействовать с одним из эффекторных ферментов (напр., с аденилатциклазой), аллостерически влияя (помимо активного центра фермента) на его активность. При гидролизе ГТФ с участием G-белка последний переходит в неактивную форму и стимулирующий сигнал затухает. G-Белки, по-видимому, участвуют в преобразовании сигнала, поступающего от большинства мембранных рецепторные белки в частности, сигнал от засвеченного родопсина передается на исполнительный фермент (фосфодиэстеразу циклического гуанозинмонофосфата) специфичным для зрительной клетки G-белком-трансдуцином. Представители мембранных рецепторных белков, обладающие собственной ферментативной активностью,-рецепторы инсулина и различных факторов роста. Эти рецепторные белки-протеинкиназы (регулируют активность различных белков путем их фосфорилирования), фосфорилирующие белки по остаткам тирозина. Специфические гормоны стимулируют протеинкиназную активность и ауто-фосфорилирование молекул рецепторов, что необходимо для преобразования ими регуляторных сигналов. Внутриклеточные рецепторные белки активируются гормонами, относительно легко проникающими через клеточную мембрану. Активированные рецепторные белки регулируют процессы транскрипции. Рецепторные белки могут состоять из одной или нескольких полипептидных цепей, ассоциированных благодаря невалентным взаимодействиям или сшитым дисульфидным связям. В последовательности аминокислотных остатков всех цепей выявлены длинные участки взаимной гомологии. Субъединицы холинорецептора образуют пронизывающую мембрану розетку. b-Адренергичные рецепторы-это гликопротеины с мол. м. ок. 60 тыс. Полипептидная цепь b-адренергичные рецептора млекопитающих состоит из 416 аминокислотных остатков и семь раз пронизывает мембрану. Лиганд-связывающий домен такого рецептора локализован на внешней, а домен, связывающий G-белок,-на внутренней стороне мембраны. Этот рецептор имеет гомологичные участки с родопсином, молекула которого также семь раз пронизывает мембрану. Рецептор инсулина состоит из четырех полипептидных цепей двух типов и имеет формулу a2b2; полипептидные цепи сшиты дисульфидными связями. Предшественник рецептора инсулина-полипептидная цепь, включающая последовательности a- и b-цепей и распадающаяся на две части при созревании (процессинге). В молекуле рецептора инсулина встречаются последовательности, гомологичные последовательностям рецепторов факторов роста. Рецепторы стероидных гормонов представляют собой полипептиды с мол. м. 50-80 тыс. В их структуре можно выделить домен, богатый остатками цистеина и основных аминокислот и ответственный за связывание с ДНК, и гидрофобный домен, ответственный за связывание стероидного гормона. Рецепторы половых стероидных гормонов гомологичны рецепторам глюкокортикоидод. Практически все рецепторные белки, а также G-белки обнаруживают структурное сходство с онкобелками (белками, кодируемыми генами, обусловливающими превращениями нормальных клеток эукариот в злокачественные). Последние индуцируют в клетках биохим. процессы, аналогичные тем, что индуцируют рецепторные белки, однако регуляция внешними факторами процессов, индуцируемых онкобелками, нарушена. |