Физиология растений и животных. Скопичев В. Г. Физиология растений и животных Направление подготовки 020400 биология Профиль подготовки Биоэкология

• Название: Скопичев В. Г. Физиология растений и животных Направление подготовки 020400 биология Профиль подготовки Биоэкология
• Анкор: Физиология растений и животных.doc
• Дата: 13.12.2017
• Размер: 35.41 Mb.
• Имя файла: Физиология растений и животных.doc
• Тип: Документы; #11309
• страница: 9 из 89

1.3.2. ВЫВЕДЕНИЕ ПРОДУКТОВ СЕКРЕЦИИ ИЗ КЛЕТКИ

Этот физиологический процесс морфологически реализуется в основном тремя способами:

1. Содержимое вакуоли через образующееся в ней отверстие выливается из клетки во внешнюю среду, это – мерокриновая секреция. При этом типе только часть содержимого клетки, та, которая представляет собой продукт секреции, используемый организмом, выходят наружу. Если продукт секреции состоит из очень маленьких молекул, он может путем диффузии проникать сквозь клеточную мембрану. Больше всего известна и лучше всего изучена в молекулярном плане секреция, связанная с выделением некоторых электролитов, таких, например, как соли натрия (солевые железы некоторых морских водоплавающих птиц). При другом типе секреции, гистологически наиболее изученном, вакуоли и гранулы, которые выбрасываются наружу, имеют величины микро порядка. Это классический тип секреции. Наиболее ярким примером его является экзокриновая секреция поджелудочной железы. В клетках пищеварительных желез находятся очень развитые системы внутриклеточных секретирующих канальцев, происходящих из мембран, вокруг которых расположены вакуоли размером в 2 500 Å . Вместо относительно маленьких вакуолей на поверхности могут открываться мешки эргастоплазматического происхождения. Они изливают свое содержимое в межклеточное пространство. Отверстия такого типа наблюдаются на внешней стороне у некоторых плазмоцитов, выводящих таким образом наружу выработанные ими глобулиновые антитела. Во всех этих типах мерокриновой секреции выведенный из клетки продукт не является живым. Для клетки это отходы, от которых она освобождается, клетка обычно продолжает жить и начинает новый секреторный цикл.

2. От клеток отделяются безъядерные фрагменты и выходят в межклеточное пространство, где они дезинтегрируются, а продукты их распада используются. Это – апокриновая секреция. При этом типе секреции выведение наружу выработанного продукта сопровождается выбросом части окружающей цитоплазмы. Участие дегенерировавших фрагментов цитоплазмы в процессе секреции кажется значительно более распространенным, чем предполагалось. Так, в печени новорожденного были обнаружены цитоплазматические элементы такого рода. Так происходят в некоторых случаях при секреции липидов. Липидные капельки, выработанные клеткой и аккумулированные в ее апикальной части, выбрасываются при помощи отрыва верхнего участка этой зоны. В случае секреции молочного жира секреторными клетками молочной железы имеет место особый случай удаления секрета липидной природы – жировая капля облекается клеточной мембраной и можно говорить о леммокриновой секреции.

З. Вся совокупность клетки превращается в секрет и выводится наружу – это голокриновая секреция. При этом способе секреции секретирующая клетка полностью дегенерирует и вместе с выработанным ею продуктом отдает в окружающую среду и свой «труп». Примером, очень распространенным, могут служить кератинизированные клетки (клетки эпидермиса), клетки сальных желез и большая часть слизистых клеток. В слизистых клетках исследования последнего времени при помощи авторадиографии глюкозой, меченной тритием, показали быстрое внедрение (через 5 мин.) маркера в зоне аппарата Гольджи на уровне цистерн (Маркер появляется затем через 40 мин в слизеобраэующих зернах). Здесь возможно участие аппарата Гольджи

1.3.3.МЕХАНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ СЕКРЕЦИЕЙ

Одни железы секретируют непрерывно, другие, вырабатывают продукты, накапливают их, но не выбрасывают немедленно. Они остаются нагруженными, для того чтобы происходило выделение секрета из клетки, необходимо известное возбуждение, введение в действие секреции. Это ,введение в действие’ происходит либо гуморальным, ‘либо нервным путями, причем последний, как теперь известно, может быть сведен к первому (нейрогормоны). Гуморальными веществами, активирующими секрецию являются в основном гормоны. Наиболее типичен «секретин», вырабатываемый двенадцатиперстной кишкой и приводят в действие экзокриновую секрецию поджелудочной железы. Механизмы действия этих возбуждающих секрецию гуморальных веществ еще неясны. Они могут, по—видимому, оказывать влияние на проницаемость стенки клетки и при этом двумя способами. Гуморальный стимулятор увеличивает проницаемость клетки для воды. Клетка набухает, что является показателем активации транспортных процессов, призванных обеспечить следующий секреторный цикл предшественниками секрета.

Так же обстоит дело и побуждении их нервным путем. Реальность этого пути не вызывает сомнений, но механизм его еще во многом не исследован. Нервное влияние может передаваться при посредстве вазодилятации. Нервная система может также вызвать секрецию независимо от вазомоторной реакции. На некоторых железистых клетках нервные волокна оканчиваются сплетениями. На уровне этих нервных окончаний происходит хорошо известный процесс секреции ацетилхолина или норадреналина, в результате которого наступает изменение стенки клетки.

1.4. СТРУКТУРЫ КЛЕТОК, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ИХ МЕХАНИЧЕСКУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ

Клетка в целом и составляющие ее структуры всегда находятся в движении. В ней существуют цитоплазматические токи, различные по природе и интенсивности. Клетка как таковая способна перемещаться, скользи по более твердым структурам, на которые она опирается. Несмотря на подвижность и связанную с ней деформацию, клетка все же сохраняет основные черты своего строения. Этот факт указывает на существование в ней жестких структур. Функцию механического сопротивления выполняет в первую очередь сама цитоплазма, а кроме нее — различные структуры: мембраны, фибриллы, вакуоли, а также места контакта с соседними клетками.

1.4.1. МЕХАНИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ЦИТОПЛАЗМЫ

Сама по себе цитоплазма играет известную механическую роль, связанную с ее более или менее упорядоченной молекулярной структурой и наличием в ней внутренних мембран. О высокой степени вязкости цитоплазмы клеток млекопитающих можно судить по микрокинематографическим наблюдениям, а именно по тем усилиям, которые затрачивают сегментоядерные лейкоциты, чтобы притянуть к себе близлежащую большую и тяжелую частицу. Цитоплазма растягивается в длинное волокно. При неудачной попытке захвата частицы лейкоцит вытягивается так сильно, что происходит разрыв. Таким образом, прочность лейкоцита, так же как и любой живой клетки, имеет границы. Сохранение формы клеток и их сопротивление внешним давлениям обеспечиваются, по-видимому, двумя путями. Во-первых, вступают в действие специальные приспособления, во-вторых, некоторую роль играет само механическое сопротивление цитоплазмы. Механическое сопротивление цитоплазмы связано, прежде всего, с ее молекулярной структурой. Цитоплазму рассматривают - как структуру состоящую из сети субмикроскопических волоконец, соединенных между собой связями различной природы, химическими или обычным, простым сцеплением, временным или постоянным. Эта белковая сеть содержит в своих петлях жидкую фазу, различную по составу и вязкости; В ней и разыгрывается большая часть обменных процессов. Цитоплазматический остов состоит из макромолекулярных цепочек, расположенных различным образом. В некоторых случаях они образуют волоконца или мембраны. Между структурными элементами макромолекулярных цепочек связи более прочные, они и придают структурам большую механическую сопротивляемость. Вне этих особых участков, о которых речь будет идти ниже, строма основной, неупорядоченной части цитоплазмы обладает известной прочностью при достаточной эластичности.

В некоторых условиях связи между макромолекулярными цепочками становятся более прочными. Тогда наблюдаются денатурация и коагуляция цитоплазмы. Может также вступить в действие и другой механизм — тургор. Он имеет значение как для всей клетки, рассматриваемой как целое, так и для некоторых ее структур. Если клетка, имеющая механически прочную и малопроницаемую поверхность, раздута жидкостью, то она представляет собой образование определенной прочности, способное противостоять деформациям, идущим извне (тургор). Такой механизм особенно характерен дня фиброзно-гиалиновой ткани. Крупные соединительнотканные клетки от 20 до 40 мкм, раздутые жидкость до сферической формы наблюдаются в участках трения фиброзных тканей, например в сухожилиях. Такие шаровидные и вздутые клетки, ставшие таким образом ригидными, могут образовать настоящими образованиями, которые поддерживают органы, благодаря своей прочности. Это относится к хорде, а также к хрящам. Во всех ригидных тканях наблюдается переполнение жидкостью клеток, имеющих прочные мембраны и зажатых в сетке волокон. До сих пор речь шла о тканевом процессе. Однако возможно, то такой же процесс, существует на внутриклеточном уровне. Окруженные мембраной значительной прочности вакуоли, раздутые заполняющей их жидкостью, могут создавать вполне эффективные «ядра» механического сопротивления. Такую роль иногда играют митохондрии.

1.4.2.СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ КЛЕТОЧНЫЕ СТРУКТУРЫ МЕХАНИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Внутриклеточные мембраны и их механическая роль. Упорядоченное распределение молекул внутриклеточных мембран сообщает им известную механическую сопротивляемость по отношению к натяжению и давлению. Не будучи твердыми, они играют механически важную роль во многих клетках, не переставая сохранять свою собственную функциональную автономию. Их механическая роль в каком—то смысле является дополнительной. Мембраны эндоплазматической сети и мембраны митохондрий должны, очевидно, тоже играть эту роль. Мембраны более или менее деформируются в зависимости от цитоплазматических токов, создавая при этом препятствия частицам, которые несет ток цитоплазмы. Подобный тип структур, играющих механическую роль внутри клетки, по—видимому, существует во всех клетках и помогает каждой из них сохранить специфическую форму. Механическое сопротивление коркового вещества клетки, повидимому, достаточно велико, так как допускает набухание клетки. Прочность и эластичность мембран зависят от упорядоченности их структуры и от силы связей, существующих между составляющими их макромолекулами. Мембраны являются основой существования в клетках отделов с относительно автономным метаболизмом.

Фибриллы механического значения – тонофибриллы. Уже давно оптический микроскоп в цитоплазме многих клеток обнаружил присутствие фибриллярных структур, имеющих точную и постоянную ориентацию для каждого типа клеток, В некоторых случаях ориентация этих структур была осевой, от основания к вершине; в других же случаях они были расположены параллельно поверхности в кортикальной части цитоплазмы.

Во многих эпителиях, особенно эпителиях, относящихся к органам чувств, наблюдаются очень характерные фибриллы, функции которых, по-видимому, только механические. Таковы тонофибриллы, тонкие белковые фибриллы, изолированные или сгруппированные в довольно неплотные пучки. Тонофибриллы особенно обильны в клетках эпидермиса, на уровне определенных слоев. Они расположены под поверхностью клеток; здесь они образуют плотный периферический слой. Фибриллы, составляющие эти оболочки, «пропитаны» особым белком, богатым серой, кератином, обладающим особой устойчивостью против действия химических агентов. В более молодых базальных клетках эпидермиса находятся изолированные фибриллы – тонофибриллы, прикрепленные к десмосомам. Образование и развитие этих фибрилл, их пропитывание кератином занимает большое место в истории развития эпидермиса. Вполне развитый комплекс фибрилл с кератином состоит из тонких палочек 70 Å в диаметре — микрофибрилл, залегающих в матриксе, богатом цистином. Микрофибриллы, очевидно, состоят из еще более тонких (20 Å) протофибрилл. Можно предположить, что каждая микрофибрилла состоит из комбинации 9 периферических протофибрилл, окружающих 2 центральных протофибриллы. Таким образом, здесь наблюдалось бы строение, типичное для ресничек.

В некоторых органах чувств тонофибриллы обладают значительной плотностью и даже ригидны. Они образуют характерные для каждого данного типа клеток своего рода цитоскелет, поддерживающий специфическую форму различных клеток и, прежде всего опорных. Об эластических и опорных свойствах такого скелета известно немногое. Он не обладает изменчивым и подвижным характером присущих всей клетке в целом опорных структур. С микрофибриллами сближаются микротрубочки цитоплазмы. Микротрубочки представляют собой элементы, обладающие поверхностью более плотной, чем их осевая часть. Микротрубочки немногочисленны и изолированы.

Роль межклеточных соединений в механическом сопротивлении клеток. К фибриллярным приспособлениям механического сопротивления относятся некоторые межклеточные образования — так называемые десмосомы. Функциональная связь между механическими фибриллами и десмосомами подтверждается структурными связями между этими образованиями. Тонофибриллы, по—видимому, всегда вклиниваются в плотную зону десмосом. Последние образуются двумя уплотнениями поверхности соседних клеток, расположенных друг против друга. Межклеточное пространство между этими двумя уплотнениями (около 100 – 150 А) может содержать плотную субстанцию, которая, по—видимому, цементирует эти две стенки; Понятно, что до того, как эти зоны рассмотрели в электронный микроскоп, можно было лишь предполагать, что существует с между тонофибриллами соседних клеток. В действительности, хотя тонофибриллы в каждой клетке независимы, однако их закрепления в близких точках между двумя клетками функционально связывают тонофибриллы соседних клеток. Прикрепление тонофибрилл к десмосомам, с другой стороны, является условием их механического функционирования. Роль десмосом особенно ясно доказана наличием так называемых замыкающих пластинок. Эти структуры представляют своего рода клеточный скелет поверхности для целого ряда эпителиев. Они объединяют эпителиальные клетки по верхним поверхностям, закрывая с этой стороны межклеточные пространства.

1.5. ДВИГАТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ ЦИТОПЛАЗМЫ

1.5.1. МЫШЕЧНЫЕ И МЕРЦАТЕЛЬНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ

Почти во всех клетках наблюдаются более или менее быстрые движения и внутренние токи цитоплазмы, которые перемешивают ее массу и увлекают за собой имеющиеся в ней гранулы. Среди них выделяют несколько категорий, имеющих каждая свою структурную основу и свои особые механизмы. Наряду с общими относительно медленными движениями всей цитоплазмы имеют место также движения фибриллярных структур, которые способны сокращаться довольно быстро и непрерывно. Это — гладкие и поперечнополосатые мышечные волокна и мерцательные реснички. Однако здесь не рассматриваются пути функционирования специализированных тканей и описание коснется тех цитоплазматических структур, которые составляют основу этих элементов в любых даже не мышечных клетках.

1.5.2. ВНУТРЕННИЕ ДВИЖЕНИЯ ЦИТОПЛАЗМЫ

Подвижность — основное свойство цитоплазмы. Движения перемешивания, обнаруженные почти во всех клетках, разнообразны и зависят от морфологического строения цитоплазмы, от условий обмена, температуры и т.д. Примитивными типами сократимых систем являются: движения псевдоподий (амёбоидные движения), скольжение клеток по субстрату, внутриклеточные токи и течения цитоплазмы, ,танец’ хромосом во время митоза, сжатие некоторых цитоплазматических фибрилл (мионемы), скачкообразное движение некоторых органелл клетки. Механизмы, лежащие в основе этих движений, еще весьма не ясны. В своей совокупности они обусловливают то, что можно назвать сократимостью. Сократимый материал не локализован в определенных участках клетки, он распределяется повсюду. Но сокращение может оказаться локализованным в фибриллярных структурах. Существуют ли все эти структуры до сокращения? Или они образовались в процессе сокращения благодаря упорядочению цитоплазматических молекулярных структур? Ответ на эти вопросы часто невозможен.

Цитоплазматические токи. Во всех клетках цитоплазму увлекают токи более или менее активные и ощутимые. В клетках животных с гибкими перегородками токи менее регулярны. Они часто меняют направление. Тем не менее, они создают постоянное колебание цитоплазмы, которое влечет за собой движения клеточной поверхности и также всей клетки.

Общие движения, исходящие из основного матрикса цитоплазмы, меняются в зависимости от участка клетки. Они направляются более плотными местными структурами, которые по разному поддаются деформации. Происхождение токов цитоплазмы еще неизвестно. Они могут быть вызваны процессами медленного сокращения основного матрикса, за которыми следует процесс расслабления. Механизм этого сокращения еще трудно уточнить. Долгое время происхождение цитоплазматических течений приписывали переходу цитоплазмы из состояния геля в состояние золя, и наоборот. Токи цитоплазмы определяются существованием тонкого слоя, расположенного на границе экто - и эндоплазмы, а не всей толщей эктоплазмы.

Амёбоидиое движение представляет собой разновидность активности цитоплазмы; движущим органом при этом являются псевдоподии: они образуются, потом исчезают, что влечет или не влечет за собой перемещение клетки. Он наблюдается не только у амёб, но и в многочисленных клетках многоклеточных (амёбоциты беспозвоночных, лимфоциты, полинуклеары, макрофаги и т.д.). В осуществлении этих движений решающую роль играет внутримолекулярная структура соответствующих элементов. При амёбоидном движении кажется, что поверхность клетки «течет». Движение цитоплазмы, какова бы ни была его природа и его механизм, требует энергии. Она поступает, как обычно в биологических процессах, а именно благодаря ферментативному расщеплению макроэргических фосфатных связей АТФ. Введение АТФ живым клеткам усиливает их цитоплазматическое движение. Проблемы, которые остаются еще неясными, это проблемы снабжения АТФ и его использования при движении, а также угнетение активности АТФ в недеятельной клетке. Неизвестна и природа составляющая АТФ, а также тех ферментов, которые вызывают его распад и восстановление (энзимы группы АТФ). С этой точки зрения надо отметить, что цитоплазматические движения могут иметь место и при анаэробиозе.

Сократимые фибриллы цитоплазмы в не мышечных клетках в некоторых участках цитоплазмы и в некоторые моменты белковые макромолекулы располагаются линейно. Эти молекулы способны укорачиваться благодаря сокращению и потом возвращаться к своему прежнему состоянию (расслабляться). Между медленными движениями всей массы недифференцированной цитоплазмы и быстрыми движениями поперечно-полосатых мышц существует ряд переходов. Основные структурные и функциональные было предположить, что в их основе лежат общие элементы биохимического и молекулярного характера.

1.5.3.БИОХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И ОСНОВНЫЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ СОКРАТИМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Исследования последних лет подтвердили наличие во всех сократимых образованиях одних и тех же химических веществ - сократимых белков. В основе функциональной деятельности этих сократимых белков лежат процессы сходного характера, но различающиеся количественными характеристиками.

Биохимия сократимых белков. Во всех сократимых системах присутствует актин. Как правило, этот белок соединяется с миозином, составляя актомиозин, из которого он был выделен. Актин составляет 15—20% общего количества актомиозина. В полимерной форме он представляет собой отчетливо определимые фибриллярные элементы.

Миозин является тем веществом, из которого в основном состоит поперечнополосатая мышца (55—60% от общего количества ее структурных белков). Это глобулин с молекулярным весом 420 000. и обладает аденозинтрифосфатазной активностью.

Тропомиозин – белок, присутствующий во всех сократимых образованиях. Молекулярный вес его равен 53 000. Молекулы длиной приблизительно в 400 Å ( кролик) имеют форму пластинок, содержащих 80 – 90% воды. Они имеют тенденцию образовывать трехмерные структуры. Когда молекула полностью вытянута, длина ее равна 680 Å.

Молекулярные механизмы сокращения. В основе современных представлений о механизмах мышечного сокращения лежат два крупных открытия: Энгельгардта и Любимовой (1939) — миозин гидролизует АТФ и Сент-Джорджи (1945) — миозин, объединяясь с актином, сокращается, при этом соединение актин-миозин находится под влиянием АТФ, носителя энергии. Прочность соединения актина и миозина находится в зависимости от концентрации в среде ионов К и Са. Между состояниями сокращения и расслабления равновесие оказывается неустойчивым. Миозин имеет большое сродство к АТФ, который он гидролизует. Но не реагирует с АТФ, пока актин комплекса остается в состоянии глобулярной макромолекулы, не связанной с миозином. Если актин образует фибриллярные молекулы, например под влиянием ионов К, то эти молекулы соединяются между собой и с миозином, чтобы дать нестойкий актино-миозино-фосфатный комплекс. Большие успехи достигнуты в изучении биохимического строения мышечных белков.

1.5.4. ДВИЖЕНИЯ, КОНТАКТЫ И АГРЕГАПИЯ КЛЕТОК

У высших животных следует различать по подвижности две категории клеток. Одни способны к спонтанным перемещениям, они могут в процессе движения по организму вступать на короткое время в контакт с другими неподвижными или подвижными клетками. Эти контакты обычно недолговечны. Так происходит с элементами мезенхимы, лимфы и крови. Другие клетки неспособны к спонтанному движению, так как прочно соединены друг с другом. Они образуют клеточные пласты типа эпителиев, в том числе железистого, мышц и т.д. В цитоплазме клеток этого типа часто наблюдаются очень активные внутренние движения, но перемещаться своими собственными средствами эти клетки неспособны.

Контраст между приведенными выше двумя категориями клеток совершенно ясен и подчеркивает значение структур, соединяющих клетки между собой. Без межклеточных сцеплений органы представляли бы собою скопление клеток, едва поддерживаемое сетью соединительных волокон. Было показано, что, как правило, у животных не происходит полного слияния клеток, как бы тесно они не прилегали друг к другу, — клетки всегда представляют изолированные единицы. За исключением процесса оплодотворения, всякое слияние клеточных тел представляёт собой явление дегенеративное. Некогда допускали существование обширного мезенхимного синцития образованного слиянием разветвленных цитоплазматических отростков соединительно—тканных клеток. При этом предполагалось, что циркуляция цитоплазмы от клетки к клетке происходит в местах слияния. Однако этого нет. Отростки фибробластов соединяются, не сливаясь. Они сохраняют свою индивидуальность. Электронный микроскоп позволил установить точные границы на уровне клеточных соединений. Ранение, нанесенное клетке микропункцией, влечет за собой дегенерацию этой клетки, но только ее одной; дегенерация не распространяется на другие элементы.

Способность активного движения некоторых клеток представляет собой факт неоспоримый, известный уже давно, Это явление наблюдали на живых клетках в условиях, близких к естественным, а также в культуре. Несмотря на внешнее сходство, условия существования амёбы и клетки млекопитающего сильно отличаются друг от друга. Клетка амёбы значительно сложнее, чем лейкоцит или фибробласт млекопитающего.

Роль точки опоры в клеточных перемещениях. Подвижная клетка может перемещаться лишь в том случае, если она находят опору. Находясь в жидкости в свободном состоянии, клетки принимают сферическую форму, В этих условиях они не могут перемещаться сами по себе, но могут быть увлечены током жидкости. За исключением некоторых клеток, снабженных жгутиками или мерцательными ресничками, ни одна клетка не способна плавать. Благодаря внутриклеточному давлению, связанному с обменом, гетерогенному состоянию плазматической мембраны, на поверхности клетки, находящейся в жидкой среде во взвешенном состоянии, образуются мелкие, ультрамикроскопические, нитевидные или округлые выросты. Последние резко отличаются ют истинных псевдоподий.

Помимо этого, для всякого продвижения клетки необходима точка опоры, которой является субстрат для культуры. In vivo определить точку опоры труднее. Предполагают, что опорой являются плотные зоны межклеточной среды, например соединительнотканные волокна или соседние неподвижные клетки. Продвижение элементов при их перемещении в значительной степени зависит от вязкости межклеточной среды, а вязкость этой среды — от расположения в ней макромолекул.

Направление клеточных перемещений. Еще сложнее решить вопрос о направлении движения перемещающейся клетки. Чисто словесное представление о таксисе, тропизме и т.д. приемлемо лишь как выражение определенного явления. Желая пойти дальше в исследовании процесса ориентации подвижных клеток, допустили возможность влияния характера расположения того субстрата, который служит необходимой для продвижения опорой. Следовательно, на направление движения клеток влияет характер субстрата (например, присутствие волокон фибрина или коллагена), который либо благоприятствует направленным движениям клетки, либо, наоборот, мешает этому движению и благоприятствует движению других клеточных элементов. Направление движения клеток часто бывает предельно отчетливо. Исследование ориентировки движения подвижных клеток, например таких, как лейкоциты, чрезвычайно полезно для анализа движения клеток при различных патологических процессах. При перемещении подвижной клетки имеют значение не столько гипотетические силы притяжения, сколько отсутствие препятствий. В тканях подвижная клетка обычно направляется туда, где она не встречает препятствий.

Когда клетка прилегает к опоре – какой-либо поверхности или волокну, важные для ее передвижения процессы происходят на стороне, соприкасающейся с этой опорой. Однако это именно та сторона, которую трудно наблюдать при микроскопических исследованиях. И на ней можно обнаружить возникновение своего рода волн или складок, распространяющихся назад. Клетки движутся по опоре, непосредственно соприкасаясь с ней. Эти контакты сопровождаются как бы перистальтикой клеточной мембраны. Складки нижней поверхности клетки имеют иногда большую амплитуду (5 мкм в передней зоне клетки, находящейся в состоянии движения). Это своего рода волны с большой амплитудой, проходящие вдоль нижней поверхности клетки, Движущая сила, необходимая для образования таких поверхностных волн, возникает, по—видимому, в зоне, отделяющей кортикальный гель от эндоплазматического золя. Там возникают ритмические движения, которые создают складки клеточной мембраны со стороны опоры. Согласно этой концепции перемещение клеток связано с общим движением цитоплазмы.

1.6. КОНТАКТЫ И СЦЕПЛЕНИЯ КЛЕТОК МЕЖДУ СОБОЙ

Необходимо рассмотреть два отчетливо отличающихся друг от друга случая. Некоторые подвижные клетки в ходе своего движения кратковременно контактируют с другими клетками, Другие клетки, неспособные перемещаться, вступают в длительные или постоянные контакты с соседними клетками. Существование таких постоянных контактов служит основой для того явления, которое можно назвать «клеточной социологией».

Контакты между клетками в большинстве случаев носят временный характер. Тем не менее, они имеют функциональное значение. Микрокиносъемка живых клеток в фазовом контрасте выявила факты, которые если не давали решений, то, по крайней мере, выдвигали очень интересные проблемы, особенно в патологической цитологии, Некоторые факты касаются сегментоядерных нейтрофилов. В эксудате, содержащем много лейкоцитов, столкновения бывают часто. Такое столкновение влечет за собой контакт, за которым следует прекращение движения. Это прекращение движения кратковременно, если лейкоциты нормальны. Через несколько секунд обе клетки снова начинают перемещаться, но изменив направление движения. Вне зоны контакта образуется новое выпячивание цитоплазмы. Каждая из этих клеток снова начинает двигаться в противоположном направлении. Если происходит контакт с патологически изменой или мертвой клеткой то контакт оказывается более длительным. Здесь могут даже возникать и более прочные связи. Такие различия в поведении, еще мало известные, показывают, какое множество факторов принимают участие в этих процессах.

Поведение лимфоцитов и гистиоцитов труднее изучить, так как они перемещаются мало и медленнее. Эти элементы часто имеют ундулируюшие «паруса». Если лимфоцит соприкасается с парусом другой клетки, то последняя теряет подвижность. Такая иммобилизация носит, по—видимому, не механический, а биологический характер. Иммобилизацию этого типа можно сравнить со стабилизацией «кипения» клетки после митоза, в момент возобновления ее прикрепления к опоре. Иммобилизуется только лишь точка прикосновения к опоре. Другие части клетки остаются подвижными, и таким образом лимфоциты не присоединяются к другим нормальным клеткам, С раковыми же клетками, клетками в состоянии митоза и с мегакариоцитами лимфоциты могут тесно соприкасаться и даже оставаться прочно прикрепленными. Лимфоциты могут также вращаться вокруг других клеток, Контакт сохраняется, но меняет место. Подвижная клетка вращается вокруг неподвижной. Они также могут проникать внутрь дегенерировавшей или злокачественной клетки. При этом лимфоцит продолжает вращаться и внутри клетки.

Роль межклеточных пространств в контактах между клетками. Независимо от того, является ли контакт временным или постоянным, между контактирующими всегда наблюдается интервал размером от 100 до 200 Å — интерцеллюлярное пространство. Используя электронный микроскоп для изучения реагрегации клеток, предварительно дезагрегированных, можно было наблюдать зоны контакта в определенных точках клеточной поверхности. Такие точки обнаруживались, когда параллельные поверхности разделялись - интервалами от 100 до 200 Å. Затем, при продолжающейся агрегации, увеличивалась площадь контактирующих между собой параллельных поверхностей. Сцепление начиналось, по-видимому, на уровне выдающихся выростов и понемногу распространялось дальше.

Пока полностью не отрегулирован контакт между клетками, расстояние между их поверхностями остается неравномерным. Размер его различен в зависимости от участка поверхности. Интервалы между клетками становятся равномерными, а поверхности клеток параллельными лишь по истечении некоторого времени. Механизм этого постепенного восстановления контактов еще ускользает от исследователя. Следует отметить, что для дезагрегации клеток используется такое вещество, как трипсин, которое, - возможно, изменяет кортикальную часть клеток, не лишая их, однако, жизнеспособности. Время, потраченное на восстановление кон такта между клетками, возможно, соответствует тому, которое необходимо для восстановления вещества, разрушенного при дезагрегации.

Важной задачей является определение состава, среды в интерцеллюлярном пространстве. Это пространство охватывает три части, неразличимых даже при самых сильных разрешениях электронного микроскопа, но которые, однако, необходимо характеризовать от дельно хотя бы теоретически, для каждой клетки следует различать наружный покров, соприкасающийся с липидным слоем цитоплазматической мембраны, и находящуюся между ними промежуточную часть. Последняя имеет различную ширину в разных случаях. Совокупность этих трех частей образует светлое пространство, чаще всего равное 100 – 150 Å. Это пространство должно, как полагают, содержать вытянутые макромолекулы мукопротеинов, располагающиеся параллельно поверхности клетки. Точный состав таких макромолекул еще неизвестен, известно только, что они содержат углеводные комплексы.

Итак, в интерцеллюлярном пространстве обнаруживаются при наличии более или менее обильного количества свободной воды липопротеиновые молекулы, а также мукогликопротеины, аналогичные тем, которые характеризуют группы крови и которые содержат, как известно, глюкозу, фукозу, галактозу, глюкозамин и галактозамин. Находят там также и гиалуронаты, которым приписывают важную роль. Они действуют как ионообменные смолы, способные изменять катионное окружение клеток и изменять рН клеточной поверхности. Эти гиалуронаты способны также замедлять диффузию воды из клетки через клеточную поверхность. Мукопротеиновые субстанции могут быть удалены слабым раствором трипсина, что, как говорилось выше, способствует дезагрегации клеточных скоплений, не изменяя жизнеспособности клеток. Липогликопротеиновые макромолекулярные комплексы участвуют в различных иммунологических процессах. С этой точки зрения их ориентация по отношению к поверхности клетки играет важную роль. Тангенциальная ориентация этих макромолекул в виде длинных цепочек приводит к соответствующей ориентации прилегающих снизу молекулярных структур.

Размеры интерцеллюлярного пространства часто колеблются в значительной степени. Так, например, между цилиндрическими клетками бронхиального эпителия в норме это пространство равно 100-200 А (иногда от 2 до З мкм , и тогда пространство становится видимым и под оптическим микроскопом). Интерцеллюлярное пространство может, значительно варьировать по общему виду, структуре, биохимическому составу и функциональным возможностям, что сказывается на характере межклеточных сцеплений, особенно на степени вязкости содержимого интерцеллюлярного пространства и на характере электрических зарядов на клеточных поверхностях. Предполагается также, что состояние окружающей среды может оказать влияние на некоторые свойства раковых клеток и, в частности, на их способность метастазировать.

С точки зрения молекулярной, интерцеллулярное пространство можно рассматривать как пространство, заполненное популяцией протеиновых макромолекул, упорядоченных по отношению к внешнему слою плазматической мембраны. При контакте с ней макромолекулы адсорбируются и иммобилизуются. Вне этой зоны они имеют более или менее ограниченную подвижность. Это снижение подвижности макромолекулярных цепочек облегчает процессы полимеризации и образования комплексов. Оно влечет за собой увеличение вязкости межклеточной среды, так как такая вязкость зависит от расположения молекул. Кроме того, контактирующие клетки не остаются неподвижными, в них наблюдаются внутренние движения, которые передаются веществу межклеточного пространства, особенно в виде сил, действующих параллельно поверхности клетки. Такие силы влекут за собой изменения вязкости, которые оказывают большое влияние на силы сцепления между клетками.

Физико-химические механизмы межклеточных контактов. Известно, что плазматическая мембрана имеет в своем составе бимолекулярный слой липидных, или фосфолипидных цепочек, ориентированных перпендикулярно к поверхности клетки, с обеих сторон покрытый белковыми макромолекулами, линейными или глобулярными, ориентированными тангенциально по отношению к клеточной поверхности. Важнейшим вопросом в проблеме межклеточных сцеплений является строение внешнего слоя. Этот слой очень тонок. Однако в наши дни его уже не считают мономолекулярным. При контакте с бимолекулярным липидным слоем протеиновые цепочки ориентируются тангенциально. Выше эта ориентация мало—помалу стушевывается, наблюдается постепенный переход к зоне неупорядоченных молекул, из которых состоит окружающая клетку среда. Молекулярная популяция этой зоны находится под влиянием обмена с клеткой. Со своей стороны, эта популяция воздействует на функционирование клетки, Область внешней среды, соединяющая две контактирующие между собой клетки, представляет собой светлое пространство, хорошо видное в электронный микроскоп. На уровне этого пространства происходят явления, обусловливающие межклеточное сцепление. Вещество, из которого состоит эта зона, имеет различную степень вязкости. Оно может быть слабовязким, как основное вещество соединительной ткани, не может также быть настоящим цементом. Вязкость его зависит от химического состава и особенно от расположения молекул, его составляющих. Оно может также подвергнуться влиянию тангенциальных сил разъединения, которые действуют на уровне клеточных поверхностей и также за их пределами, оказывая влияние на межклеточный материал. Эти движения разъединения связаны с движениями цитоплазмы: скольжением клеток одной о другую и т.д. Они увеличивают степень вязкости, изменяя группировку макромолекул, пространственное их расположение.

Межклеточные сцепления часто объясняли наличием цементирую вещества. Межклеточное вещество, состоящее в основном из белков с различной степенью вязкости, во всяком случае не является - цементом мукоидного типа. Поэтому для объяснения межклеточных сцеплений пришли к необходимости привлечь как физические, так и химические факторы. Из физических факторов учитываются электростатические отталкивающие силы кулоновского взаимодействия, обратно пропорциональные квадрату расстояния и силы сцепления Ван—дер— Ваальса, быстрее убывающие с расстоянием. Участие химических соединений в процессе межклеточных сцеплений опирается на тот факт, что с помощью слабых протеолитических ферментов (трипсина) оказалось довольно легко вызвать дезагрегацию клеточных масс. Таким образом, возможно, что в процессах сцепления играют роль и химические связи. С другой стороны, нужно заметить, что расстояния, на которых действуют эти химические связи, очень малы, достигая едва нескольких ангстрем. В области биологии все слишком изменчиво во времени и пространстве, чтобы уже в настоящее время надлежащим образом можно было бы опереться на статистически достоверные объяснения физико—химического порядка. Это касается и роли химических связей в механизме межклеточных сцеплений. Давно известна роль кальция в процессах сцепления. Отсутствие кальция или уменьшение его количества в межклеточной среде ослабляет силы сцепления или прекращает их действие. Отсутствие кальция в среде влечет за собой разрушение связей бластомеров и нарушение процессов формообразования основных эмбриональных закладок. Так, двухвалентным катионам приписывали способность повышать вязкость белков и увеличивать плотность поверхности клеток. Такую же роль играет кальций и в функционировании эндотелия. В зависимости от количества имеющегося в среде кальция вещество, соединяющее боковые поверхности эндотелиальных клеток, становится то более рыхлым, то более плотным создаются различные условия для перехода веществ или клеток. Этим влиянием кальция объясняется его роль в сцеплении и в высокомолекулярных комплексах.

Обмен между контактирующими клетками. Несмотря на постоянное наличие интервала в 100—200 Å, контактирующие клетки обмениваются субстанциями. Если факт такого обмена не вызывает сомнений, то его природа и механизмы еще очень мало известны, хотя значение их очень велико. На электронно-микроскопическом уровне удается обнаружить два явления, участвующих в обмене между контактирующими клетками. Первое наблюдается очень часто во многих гистологических элементах и состоит в открытии в интерцеллюлярные пространства пузырьков, возникающих в цитоплазме. В других случаях на поверхности одной из клеток наблюдаются инвагинации и образование пузырьков. Таким образом, на контактируюших и неконтактирующих клетках происходят сходные процессы. Эти факты позволяют предположить, что одна из клеток путем рофеоцитоза может принимать от соседних клеток вещество, изливаемое ими в интерцеллюлярное пространство.

Вместе с этим, в настоящее время наиболее хорошо изученным оказалось исключительно важное явление – образование на одной из поверхностей клеток полуканалов высокой проницаемости (коннексонов). После соприкосновения поверхностей клеток полуканалы «стыкуются друг с другом» и образуют «тоннель» высокой проницаемости по которому из одной клетки в другую перемещаются ионы, физиологически активные вещества.

Тесно связанным с процессами обмена между контактирующими клетками является их расположение в виде ,гнезд’. Клетки одного и того же гистологического типа группируются вокруг клетки другого типа. Между ними имеется тесный контакт и наблюдается обычное межклеточное пространство в 100— 200 А. Наблюдение под микроскопом с помощью фазового контраста, а также при помощи микрокинематографии за развитием этих клеточных гнезд позволяет обнаружить параллельную дифференцировку их элементов в направлении определенного типа клеток (например, плазмоцитов). Центральная клетка служит, по—видимому, трофическим материалом, обеспечивая это развитие, В нормальном лимфоидном узелке можно обнаружить такую же картину. Незрелые лимфоциты окружают большую клетку ретикулярного типа, которая, возможно, управляет дифференцировкой этих лимфоцитов, а также служит для них ,питательным’ материалом. Эту точку зрения высказывали уже давно. Аналогичные условия наблюдаются в процессе развития сперматозоидов. В определенный момент сперматогенеза они примыкают к вершине клетки Сертоли. Сперматозоиды находятся не внутри сертолиевой клетки, как предполагали задолго до изобретения электронного микроскопа, но примыкают к ее мембране, как животные к кормушке—яслям.

Взаимодействия клеток на уровне зон контакта. В пласте нормальных прилегающих друг к другу клеток процессы развития согласованы. Различные клетки как бы обмениваются «информацией» и таким образом дифференцируются в одном и том же направлении. Такую координацию процессов развития клеток следует отнести за счет общности их генетического происхождения, отчасти же за счет тесного сцепления клеток друг с другом. Очень подвижные клетки часто контактируют с клетками иной природы, но эти контакты кратковременны, очень ограничены в пространстве и не имеют решающего функционального значения. Могут встретиться и промежуточные случаи. Таким образом, можно различать клетки, прилегающие друг к другу, взаимно влияющие друг на друга, живут жизнью «коллектива», и в противоположность им клетки—«индивидуалисты», взаимные контакты которых кратковременны и ограничены, такие клетки не образуют групп, имеющих координированную жизнедеятельность.

Взаимные влияния клеток составляют важную главу в клеточной биологии. Квалифицируют эти влияния как «призыв, обращенный клетками к клеткам». Реальность этих влияний неоспорима, хотя прямые доказательства еще не уточнены физически и химически. В каждой живой клетке можно различить десяток таких основных клеточных активностей, как внутренние движения, способность к перемещению, к изменению формы, к росту и воспроизведению, к митозу, а далее абсорбция, секреция, возбуждение и проведение импульсов. При переходе от эмбрионального состояния к состоянию зрелости клетки теряют некоторые из своих функций и приобретают новые, более специализированные. Эти процессы характеризуют клеточную дифференциацию и адаптацию. Замечательно, что в группе контактирующих клеток, образующих орган, клеточные элементы развиваются в одном и том же направлении. Все происходит так, как будто уже развившиеся клетки «инструктируют» клетки, собирающиеся присоединиться к ним.

Таким образом, факт взаимовлияния прилегающих друг к другу клеток установлен, однако механизмы, лежащие в основе этого явления, еще далеко не выяснены. Можно ли объяснить удивительные взаимовлияния, установившиеся между клетками, только лишь существованием между ними контакта и к тому же неполного? Для объяснения влияния контактов между клетками следует рассмотреть две - группы механизмов. В первом случае влияние осуществляется через внеклеточную среду, при участии продуктов, выделившихся из какой—либо клетки и оказывающих влияние на соседние.

Внеклеточная среда воздействует на клеточную активность именно потому, что клеточная активность влияет на химический состав этой среды. Она представляет собой содержимое межклеточных пространств различных размеров и определяет обмен веществ между соседними клетками. О содержимом межклеточных пространств точно ничего неизвестно. Оно якобы состоит из более или менее концентрированного и, следовательно, более или менее вязкого раствора белков. В некоторых случаях предполагалось присутствие полисахаридов. Жидкость межклеточных пространств обладает значительной вязкостью, что безусловно затрудняет ее продвижение. Межклеточные пространства очень узки. Близость клеточных поверхностей делает ориентацию макромолекулярных цепочек ярко выраженной. Это влечет за собой увеличение вязкости и таким образом еще больше затрудняет циркуляцию в этих пространства. Есть, однако, один фактор, который должен оказывать благоприятное действие. Клетки живые. Хотя форма их существенно не меняется, поверхность их все время находится в движении из—за дрожаний (возмущений), связанных с внутренним движением цитоплазмы. Это дрожание способствует перемешиванию жидкости в сложном переплетении канальцев и межклеточных пространств. В живой клетке нет ничего статичного, постоянно в ней лишь движение.

1.7. АГРЕГАЦИЯ И ДЕЗАГРЕГАЦИЯ КЛЕТОК. КЛЕТОЧНЫЕ КОМПЛЕКСЫ.

Различные технические приемы позволяют разделить клетки, которые образуют клеточные комплексы. За этим разделением, производимым без изменения клеток, может в конечном итоге последовать их реагрегация в связи с созданием новых сцеплений. Какова бы ни была ее природа, межклеточная субстанция вступает в действие в процессе сцепления клеток друг с другом. Растворяя ее, можно разрушить сцепление и освободить клетки из образованных ими комплексов. Оказалось также возможным вызвать различными способами дезагрегацию эмбриональных тканей позвоночных. После недлительной консервации из этих клеток восстанавливалась исходная ткань. Более того, если суспензировать дезагрегированные таким образом клетки печени, сердца, почек и легких, взятых от одного и того же эмбриона, то последующая реагрегация оказывается селективной. Клетки печени плотно присоединяются лишь к клеткам печени, а не к другим, клетки легких — исключительно к клеткам легких, клетки почек — только к клеткам почек и т.д. Реагрегация происходят лишь между клетками одного и того же типа.

Наименее глубоко изучены явления взаимного опознавания одной и той же категории клеток, приводящие к избирательному сцеплению. Изолированная клетка может приближаться к элементам другого типа, но она присоединяется только к элементам себе подобным. Факты эти хорошо известны, но чем объяснить подобные избирательные свойства клеток? Были уточнены лишь некоторые их звенья. По—видимому, значительную роль играет мукоидное вещество, которое обволакивает поверхности клеток, локализуется в некоторых точках или находится на поверхности тонких нитей псевдоподиального типа, скрепляющих клетки. Если размеры межклеточного пространства меньше 10 Å . то могут образоваться «кальциевые мосты». Такие условия возникают в участках клеточной поверхности, имеющих очень малых радиус кривизны, например по краю наиболее тонких псевдоподий или же на гребнях неровностей поверхности. Избирательное сцепление может происходить также, если ионный состав изменяет заряд в близлежащих точках клеточкой поверхности. В этих условиях силы отталкивания снижены, что повышает эффект сил притяжения Вав—дер—Ваальса. Наблюдение над ходом избирательных реагрегаций показывает, что вначале сцепление имеет место лишь в некоторых участках, а затем распространяется на большие пространства.

В особую категорию относится явление узнавания клеткой генетически инородных элементов, с которыми она контактирует. Это явление, возможно, имеет иммунологическую основу. Поверхность клетки покрыта мукоидным материалом типа специфических иммунологических субстанций, которые характеризуют группы крови. Эти вещества содержат различные гексозы и прочно связаны с липидами и протеинами. Они характеризуются высоким молекулярным весом, имеют асимметричную структуру (вытянуты в длину). Им посвящены многочисленные биохимические и иммунологические работы. Контакты между клетками и «опознавание» лежат в основе концепции «клеточкой социологии». Эти процессы зависят от структуры клеточной поверхности. Изучение групп крови показало, что их специфичность определяется присутствием некоторого количества особых углеводов: фукозы и сиаловой кислоты. Подобный факт наблюдается и в клетках вообще. Наличие углеводов и определенных белков может служить сигналом, позволяющим клеткам опознать друг друга. Проблемы физиологии клеточной поверхности связаны, безусловно, с проблемами иммунологии.

Из клеток, разъединенных тем или иным путем, удавалось в известных условиях создать культуры in vitro, где, благодаря спонтанной реагрегации из них воссоздается новый комплекс клеток. В этих исследованиях постоянно отмечался процесс сцепления подобных друг другу клеток. Однако наиболее удивительной является способность клеток различать, какие элементы им подобны и с какими элементами они не могут соединяться. Все происходит так, как будто изолированные клетки способны выбирать те элементы, с которыми они соединятся вновь. В этом сложном процессе избирательной реагрегации следует иметь в виду два этапа. Клетка должна сначала переместиться, чтобы занять определенное место в общей совокупности клеток (специфика позиции). Это явление включает движение клеток до занятия ими должного места. Во-вторых, на занятом ею месте клетка должна окончательно присоединиться к другим подобным ей клеткам данной территории (специфика сцепления). Но каков же механизм, управляющий процессом новообразования группировки, носящий явно специфический характер? Специфическое сцепление иногда объясняли реакцией типа антиген—антитело. Это важный факт, на котором следует остановиться. Количественные и качественные изменения межклеточной активности отражают изменения антигенных свойств поверхностей. Специфические антигены поверхности были обнаружены для многих живых клеток млекопитающих и бактерий. В процессе реагрегации разобщенных клеток происходит пересортировка клеточных элементов (различающихся по характеру сцепления), контролируемая различием в сроках изменения свойств подвижности и сцепления разных типов клеток. Этот кратковременный контроль был охарактеризован как «временная специфика». Элементом этой специфики является возникновение механизма «улавливания» определенных видов клеток в тот момент, когда они занимают удобную позицию. Если в этот момент клетки обладают указанным механизмом, то в соответствующем месте происходит сцепление. Этот механизм «улавливания» связан с неньютоновской вязкостью поверхности клеток. Бесполезно предполагать существование специфической химической структуры на клеточной поверхности, которая могла бы привести к конформационным изменениям некоторых «ключевых молекул» Клетки могут в случае контакта различать не только характер субстрата, но также дифференцировать различные типы клеток. Такое избирательное сцепление связано со специфическим расположением химических группировок на поверхности клеток. Контакт химических соединений двух клеточных поверхностей приводит к сцеплению при том условии, что эти специфические группировки между обеими клетками совпадают. Эти специфические зоны, быть может, не являются постоянными, а временными. Они прилегают друг к другу более или менее плотно в зависимости от момента, движения клеток способствуют контакту соответствующих зон. Тогда сцепление при реагрегации очень прочно. В случае контакта между мало адгезивными зонами сцепление будет слабое и легко разъединимо одним лишь движением клеток. К прочным клеточным комплексам позднее присоединятся клетки с еще более прочными зонами сцепления. Таким образом, фактор времени играет очень большую роль в процессе избирательного сцепления.

Нужно отметить аналогию между приведенной здесь концепцией специфических зон сцепления и хорошо известным в иммунологии понятием «антигенного центра». Путем деполимеризации или протеолитического разрыва некоторых белковых комплексов можно освободить замаскированные до этого антигенные центры и выявить новые антигенные свойства. Интерес к исследованиям клеточной реагрегации связан с тем фактом, что при этом обнаруживаются все новые и новые данные, не рассматриваемые ранее, Они составляют основу дня исследований нормального и патологического морфогенеза в свете иммунологических процессов. Приведенные факты показывают, насколько интересна проблема межклеточного сцепления с точки зрения физиологии и экологии клеток, морфогенеза нормальных клеток, а также изучения патологических нарушений.