Общая схема трансцитоза в эукариотической клетке
2. Рецепторная функция мембраны. Принципы работы мембранных рецепторов.
Клетка постоянно получает сигналы из внешней среды о наличии там разнообразных сигнальных молекул и должна адекватно отвечать на эти сигналы, передавая информацию от них внутрь клетки. Для этого в плазматической мембране встроены специальные рецепторные комплексы. Как правило, это сложные образования из нескольких белковых молекул (в состав рецепторов могут входить также мембранные липиды и углеводы).
Все разнообразные рецепторы клеточных мембран имеют ряд общих особенностей:
Рецепторы специфичны – т.е. связываются только с определенными веществами. Специфичность рецептора определяется структурой «активного центра» в его молекуле и возможностью других молекул связываться с этим активным центром.
Процесс рецепции и передачи сигнала на мембрану или вглубь клетки проходит со значительной затратой энергии.
Все рецепторы по принципу работы можно разделить на три группы: рецепторы прямого действия; рецепторы непрямого действия и каталитические рецепторы
В первом случае молекула связывается с рецепторной частью комплекса и передает сигнал непосредственно на ионный канал, который также входит в состав рецепторного комплекса.
Во втором варианте рецепторная часть комплекса передает сигнал на ионный канал в мембране или вглубь клетки через систему вспомогательных белков (в основном это т.н. G- белки) или других веществ, называемых «вторичными посредниками». Среди них наиболее распространенными являются молекулы цАМФ (циклический аденозин монофосфат) и ионы кальция (Са+2) и др.
При третьем варианте, рецепторная часть комплекса после взаимодействия с сигнальной молекулой активируется и выполняет функции фермента, влияя, таким образом, на работу клетки (например тирозин-киназные рецепторы).
Общая схема работы рецепторов непрямого действия (система g-белков и цАмф)
3. Изолирующая функция мембраны. Межклеточные контакты.
В многоклеточном организме клетки находятся в постоянном контакте друг с другом, который иногда приобретает черты тесного взаимодействия. Особенно это проявляется в тканях, которые граничат с наружной средой (покровы, кишечник, дыхательные пути) или где возникает необходимость тесного контакта клеток для согласованной работы (гладкие и сердечные мышцы, нервные клетки и волокна).
Плотные (изолирующие)контакты (zonula occludens, tight junction)
Плотные контакты образуются путем точечного соединения мембран соседних клеток через трансмембранные белки клаудин и окклудин, встроенные рядами, которые могут пересекаться так, что образуют на поверхности скола как бы решетку. Плотные контакты блокируют перемещение макромолекул, жидкостей и ионов между клетками, обеспечивая тем самым барьерную функцию эпителия и регуляцию транспорта веществ через эпителиальный пласт. Плотные контакты соединяют клетки однослойных эпителиев, особенно железистых и кишечных (клетки выстилки жкт и дыхательной системы). Плотный контакт встречается между всеми типами однослойного эпителия (эндотелий, мезотелий,эпендима).
Плотные, или замыкающие контакты (zonula occludens) - участки, на которых мембраны двух соседних (эпителиальных) клеток тесно сближены и образуют барьер, практически непроницаемый для растворенных веществ.
Плотные контакты - система ветвящихся полосок, шириной 0,1-0,6 мкм Каждая полоска состоит из белков, пронизывающих мембраны соседних клеток и непосредственно соединяющихся друг с другом во внеклеточном пространстве. Хотя в образовании плотных контактов участвуют многочисленные белки, главные из них - клаудины и окклюдины. Различные периферические белки, расположенные на цитоплазматической стороне мембран, соединяют плотные контакты с актиновым цитоскелетом.
Плотные контакты выполняют три основные функции:
Механически соединяют клетки эпителия
Обеспечивают барьер для латеральной диффузии белков, благодаря чему сохраняется полярность клеток эпителия. На апикальной (смотрящей в просвет органа или на поверхность тела) поверхности локализованы одни белки, а на базолатеральной (нижне-боковой) - другие. Благодаря этому, например, клетки кишечного эпителия могут поглощать вещества путем активного транспорта или эндоцитоза из просвета кишки и выделять их в кровь (обычно путем пассивного транспорта или экзоцитоза). Для поглощения веществ нужны одни белки, а для их выделения в кровь - другие.
Обеспечивают барьер на пути большинства веществ, из-за чего эти вещества транспортируются в организм через мембраны и через цитоплазму клеток. Это позволяет отчасти контролировать транспорт веществ (в большей степени, чем когда они просачиваются между клетками).
Щелевые контакты (nexus, gap junction)
Это специализированные межклеточные контакты, состоят из белковых каналов, которые обеспечивают прохождение веществ до 1кДа. Ширина– щели между мембранами соседних клеток 2-4нм. В мембраны встроены белковые комплексы - Коннексоны – регулируемые каналы, состоящие из 6 коннексинов – белковые субъединицыМ=26-54кДа. Присутствуют практически во всех клетках. Через коннексоны передаются электрические сигналы и малые регуляторные молекулы (например, cAMP, InsP3, аденозин, ADP и ATP). Коннексины - нестабильные белки, живущие несколько часов..Имеется 20 различных коннексинов у мыши и 21 у человека. Коннексоны могут закрываться при действии тока, pH, напряжения мембраны, Ca2+.
Многие клетки образуют несколько видов коннексинов, которые способны полимеризоваться в различных комбинациях. Например, кератиноциты экспрессируют Cx26, Cx30, Cx30.3, Cx31, Cx31.1 и Cx43; гепатоциты - Cx26 и Cx32; кардиомиоциты - Cx40, Cx43 и Cx45. Некоторые коннексины могут заменять другие в случае мутаций. Гетеромерные коннексоны (состоящие из разных коннексинов) Cx26/Cx32 в клетках печени, Cx46/Cx50 в хрусталике и Cx26/Cx30 коннексоны в улитке уха.
Объединение шести коннексинов двух типов может образовывать 14 вариантов коннексонов, из которых может образоваться 142=196 различных вариантов каналов!
