плазматична мембрана
Клітка - головний гістологічний елемент. Еукаріотична клітина складається з трьох основних компартментов: плазматична мембрана, ядро і цитоплазма зі структурованими клітинними одиницями (органели, включення). Важливе значення для організації клітин мають біологічні мембрани, що входять до складу кожного клітинного компармента і багатьох органел. Мембрани клітин мають принципово схожу організацію. Будь-яку клітину ззовні обмежує плазматична мембрана.
Плазматична мембрана згідно рідинно-мозаїчної моделі, плазматична мембрана з мозаїчним розташуванням білків і ліпідів. У площині мембрани білки володіють латеральної рухливістю. Інтегральні білки перерозподіляються в мембранах в результаті взаємодії з периферійними білками, елементами цитоскелету, молекулами в мембрані сусідньої клітки і компонентами позаклітинного речовини. Основні функції плазматичної мембрани. виборча проникність, міжклітинні взаємодії, ендоцитоз, екзоцитоз.
До складу плазматичної мембрани входять ліпіди, холестерин, білки і вуглеводи.
Ліпіди (фосфоліпіди, сфінголіпіди, гліколіпіди) складають до 45% маси мембран.
Фосфоліпіди. Молекула фосфолипида складається з полярної (гідрофільної) частини (голівка) і аполярних (гідрофобного) подвійного вуглеводневої хвоста. У водному середовищі молекули фосфоліпідів автоматично агрегує хвіст до хвоста, формуючи каркас біологічної мембрани у вигляді подвійного шару (бислой). Таким чином, в мембрані хвости фосфоліпідів спрямовані всередину бішару, а головки звернені назовні.
Сфінголіпіди - ліпіди, що містять підставу з довгим ланцюгом (сфингозин або схожу з ним групу); сфінголіпіди в значній кількості знаходяться в мієлінових оболонках нервових волокон, шарів модифікованої плазмолеми шванновских клітин і олигодендроглиоцитов ЦНС.
Гліколіпіди - молекули містять олігосахариди ліпідів, присутні в зовнішній частині бішару, а їх залишки цукрів орієнтовані до поверхні клітини. Гліколіпіди складають 5% ліпідних молекул зовнішнього моношару.
Холестерин має надзвичайно важливе значення не тільки як компонент біологічних мембран, на основі холестерину відбувається синтез стероїдних гормонів - статевих, глюкокортикоїдів, мінералокортикоїдів.
Білки складають більше 50% маси мембран. Білки плазмолеми поділяють на інтегральні і периферичні.
Інтегральні мембранні білки міцно вбудовані в ліпідний бішар. Приклади інтегральних мембранних білків - білки іонних каналів і рецепторні білки (мембранні рецептори). Молекула білка, що проходить через всю товщу мембрани і виступає з неї як на зовнішній, так і на внутрішній поверхні, - трансмембранний білок.
Периферичні мембранні білки (фібрилярні і глобулярні) знаходяться на одній з поверхонь клітинної мембрани (зовнішньої чи внутрішньої) і нековалентно пов'язані з інтегральними мембранними білками. Прикладами периферичних мембранних білків, пов'язаних із зовнішньою поверхнею мембрани, можуть служити рецепторні і адгезійні білки. Приклади периферичних мембранних білків, пов'язаних з внутрішньою поверхнею мембрани, - білки, асоційовані з цитоскелетом (наприклад, дістроглікани, білок смуги 4.1, протеинкиназа С), білки системи друге посередників.
Вуглеводи (переважно олігосахариди) входять до складу глікопротеїнів і гліколіпідів мембрани, складаючи 2-10% її маси. З вуглеводами клітинної поверхні взаємодіють лектини. Ланцюги олигосахаридов, ковалентно пов'язаних з глікопротеїнами і гліколіпідами пламолемми, виступають на зовнішній поверхні мембран клітини і формують поверхневу оболонку товщиною 5 - нм - гликокаликс. Гликокаликс бере участь в процесах міжклітинної пізнавання, міжклітинної взаємодії, пристінкового травлення.
Неполярні речовини (наприклад, холестерин і його похідні) вільно проникають через біологічні мембрани. З цієї причини ендоцитоз і екзоцитоз полярних сполук (наприклад, пептидних гормонів) відбуваються за допомогою мембранних бульбашок, а секреція стероїдних гормонів - без участі таких бульбашок. З цієї ж причини рецептори неполярних молекул (наприклад, стероїдних гормонів) розташовані всередині клітини.
Полярні речовини (наприклад, білки і іони) не можуть проникати через біологічні мембрани. Саме тому рецептори полярних молекул (наприклад, пептидних гормонів) вбудовані в плазматичну мембрану, а передачу сигналу до інших клітинним компартментам здійснюють другі посередники. З цієї ж причини трансмембранний перенос полярних з'єднань здійснюють спеціальні системи, вбудовані в біологічні мембрани.
Міжклітинних ІНФОРМАЦІЙНІ Взаємодія
Сигнал → рецептор → (другий посередник) → відповідь
Сигнали. Передачу сигналів від клітини до клітини здійснюють сигнальні молекули (перший посередник), що виробляються в одних клітинах і специфічно впливають на інші клітини - клітини-мішені. Специфічність впливу сигнальних молекул визначають присутні в клітинах-мішенях рецептори, що зв'язують тільки власні ліганди. Всі сигнальні молекули (ліганди) - в залежності від їх фізико-хімічної природи - підрозділяють на полярні (точніше - гідрофільні) і аполярних (точніше - жиророзчинні).
Рецептори реєструють надходить до клітини сигнал і передають його другим посередникам. Розрізняють мембранні і ядерні рецептори.
Мембранні рецептори - глікопротеїни. Вони контролюють проникність плазмолеми шляхом зміни конформації білків іонних каналів (наприклад, н-холінорецептор), регулюють надходження молекул в клітку (наприклад, холестерину), пов'язують молекули позаклітинного речовини з елементами цитоскелету (наприклад, інтегрини), реєструють присутність інформаційних сигналів (наприклад, нейромедіаторів , квантів світла, нюхових молекул, антигенів, цитокінів, гормонів пептидної природи). Мембранні рецептори реєструють надходить до клітини сигнал і передають його внутрішньоклітинним хімічних сполук, опосредующим кінцевий ефект (другі посередники). Функціонально мембранні рецептори поділяють на каталітичні, пов'язані з іонними каналами і оперують через G-білок.
Ядерні рецептори - білки-рецептори стероїдних гормонів (мінерально і глюкокортикоїди, естрогени, прогестерон, тестостерон), ретиноидов, тиреоїдних гормонів, жовчних кислот, вітаміну D3. Кожен рецептор має область зв'язування лаганда і ділянку, що взаємодіє зі специфічними послідовностями ДНК. Іншими словами, ядерні рецептори - активуються лигандом транскріптіціонние чинники. У геномі людини є більше 30 ядерних рецепторів, ліганди яких знаходяться на стадії ідентифікації (сирітські рецептори).
Внерецепторние низькомолекулярні сигнали. Деякі низькомолекулярні сигнали (наприклад, оксид азоту і монооксид вуглецю) впливають на клітину-мішень, минаючи рецептори.
Оксид азоту (NO) - газоподібний медіатор міжклітинних взаємодій, утворюється з L-аргініну за участю ферменту NO-синтази. У клітинах-мішенях активує гуанілатциклазу, що призводить до збільшення рівня другого посередника - цГМФ.
Монооксид вуглецю (чадний газ, СО). Як сигнальна молекула СО відіграє важливу роль в імунній, серцево-судинної системи та периферичної нервової системи.
Другі посередники. Внутрішньоклітинні сигнальні молекули (другі посередники) передають інформацію з мембранних рецепторів на ефектори (виконавчі молекули), що опосередковують відповідь клітини на сигнал. Стимули, такі як світло, запах, гормони і інші хімічні сигнали (ліганди), ініціюють відповідь клітини-мішені, змінюючи в ній рівень внутрішньоклітинних друге посередників. Другі (внутрішньоклітинні) посередники представлені численним класом сполук. До них відносяться циклічні нуклеотиди (цАМФ і цГМФ), інозітолтріфосфат, диацилглицерол, Са 2+.
Відповіді клітин-мішеней. Функції клітин виконуються на різних рівнях реалізації генетичної інформації (наприклад, транскрипція, посттрансляційної модифікації) і вкрай різноманітні (наприклад, зміни режиму функціонування, стимуляція або пригнічення активності, перепрограмування синтезів і так далі).
Ендоцитоз - поглинання (інтерналізація) кліткою води, речовин, частинок і мікроорганізмів. До варіантів ендоцитозу відносять пиноцитоз, фагоцитоз, опосередкований рецепторами ендоцитоз з утворенням облямованих клатріном бульбашок і клатріна-незалежний ендоцитоз за участю кавеол.
Пиноцитоз - процес поглинання рідини і розчинених речовин з утворенням невеликих бульбашок. Пиноцитоз розглядають як неспецифічний спосіб поглинання позаклітинних рідин і містяться в ній речовин, коли деяка область клітинної мембрани впячивается, утворюючи ямку і далі бульбашка, що містить міжклітинну рідину.
Опосредуемий рецепторами ендоцитоз характеризується поглинанням з позаклітинної рідини конкретних макромолекул, що пов'язуються специфічними рецепторами, розташованими в плазмолемме. Послідовність подій опосередкованого рецепторами ендоцитозу така: взаємодія ліганда з мембранним рецептором → концентрування комплексу «ліганд-рецептор» на поверхні облямованій ямки → формування облямованого клатріном бульбашки → занурення в клітку облямованого бульбашки. Він володіє ГТФазной активністю хемомеханіческій білок дінамін на стику плазмолеми і облямованого бульбашки формує т.зв. молекулярну пружину, яка при розщепленні ГТФ розпрямляється і відштовхує пляшечку від плазмолеми. Подібним чином клітина поглинає трансферин, холестерин разом з ЛНП і багато інших молекул.
Клатріна-незалежний ендоцитоз. Шляхом клатріна-незалежного ендоцитозу відбувається поглинання багатьох об'єктів і молекул, наприклад, рецептора трансформуючого фактора росту TGFβ, токсинів, вірусів і ін. Один із шляхів клатріна-незалежного ендоцитозу - поглинання діаметром 50-80 нм - кавеол. Кавеоли характерні для більшості клітинних типів; особливо численні в ендотеліальних клітинах, де вони беруть участь у транспорті великих макромолекул.
Фагоцитоз - поглинання великих частинок (наприклад, мікроорганізмів або залишків клітин). Фагоцитоз здійснюють спеціальні клітини - фагоцити (макрофаги, нейтрофіли). В ході фагоцитозу утворюються великі ендоцітозного бульбашки - фагосоми. Фагосоми зливаються з лізосомами і формують фаголізосоми. Фагоцитоз, на відміну від піноцитозу, індукує сигнали, що впливають на рецептори в плазмолемме фагоцитів. Подібними сигналами служать АТ, опсонірующіх фагоцітіруемий частку.
Екзоцитоз (секреція) - процес, коли внутрішньоклітинні секреторні пухирці (наприклад, синаптичні) і секреторні гранули зливаються з плазмолеммой, а їх вміст звільняється з клітки. В ході екзоцитозу можна виділити наступні послідовні стадії: переміщення везикули в субплазмолеммальное простір, встановлення зв'язку і (від англ. Dock - стикування) до ділянки плазмолеми, злиття мембран, вивільнення вмісту гранули (бульбашки) і відновлення (відокремлення) мембрани гранули.
Мембранні бульбашки містять речовини, що підлягають виведенню з клітини (секреції, екзоцитозу). Такі бульбашки утворюються в комплексі Гольджі.
Гранули - секреторні пухирці з електронно-щільним вмістом, вони присутні в хромафинних клітинах (катехоламіни), огрядних (гістамін) і деяких ендокринних клітинах (гормони).
Конститутивна і регульована секреція. Процес секреції може бути спонтанним і регульованим. Одна частина бульбашок постійно зливається з клітинною мембраною (конститутивні секреція), в той час як інша частина бульбашок накопичується під плазмолеммой, але процес злиття бульбашки і мембрани відбувається тільки під дією сигналу, найчастіше внаслідок збільшення концентрації Са 2+ в цитозолі (регульований екзоцитоз) .
Типи секреції (мерокріновий, або еккрінових, апокріновий і голокріновий) буде розглянуто в подальшому.
Трансцитозу - транспорт макромолекул через клітку, в ході якого відбувається швидке і ефективне перемикання ендоцитозу на екзоцитоз. Трансцитозу зазвичай здійснюється за участю кавеол. Кавеоли формують дискретні бульбашки-переносники, що курсують між апікальної і базальної частинами клітини, піддаючись в кожному обороті (колі транспорту) процесу відриву-злиття. Трансцитозу характерний, наприклад, для ендотеліальних клітин, де відбувається транспорт макромолекул через клітини з просвіту судини в тканину.