Функции биологических мембран

1. Разграничительная — отделяют клетку от внеклеточной среды, ядро от цитоплазмы, содержимое органелл от их микросреды и т.д.

2. Барьерно-защитная: защищают внутреннюю среду клетки от дей­ствия вредных внешних факторов.

3. Рецепторная (см. рис. 3.2).

4. Транспортная: транспорт веществ в клетку — эндоцитоз, и из клет­ки — экзоцитоз.

5. Участие в межклеточных взаимодействиях: формирование межкле­точных контактов, дистантные взаимодействия между клетками.

Второй частью клеточной оболочки является гликокаликс (Рис. 3.2). Он представлен углеводными концами сложных белков (гликопротеинов) и сложных липидов (липопротеинов), входящих в состав цитомембраны. В гликокаликсе располагаются также поверхностные белки мембран, полу­интегральные белки. Их функциональные участки находятся в гликока­ликсе. Эти белки могут играть роль ферментов. В гликокаликсе находятся рецепторы гистосовместимости, иммуноглобулины, могут адсорбироваться ферменты, рецепторы гормонов.

Функции гликокаликса: 1. Рецепторная (распознавание молекул сосед­них клеток и межклеточного вещества); 2. Межклеточные (адгезивные) контакты и взаимодействия; 3. Ориентация белков в мембране; 4. Участие в транспорте веществ.

Третий компонент клеточной оболочки — подмембранный слой опорно-сократительных структур. В его состав входят сократительные структуры — актиновые филаменты, а также опорный аппарат — кера-тиновые филаменты, микротрубочки. Подмембранный слой тесно связан с цитоскелетом с одной стороны, и рецепторами гликокаликса — с другой.

Функции подмембранного слоя: поддержание формы клетки, созда­ние ее упругости, изменения клеточной поверхности, за счет чего клетка участвует в эндо- и экзоцитозе, фагоцитозе, движении, секреции. С другой стороны, подмембранный слой связывает клеточную поверхность с компо­нентами цитоплазмы, поддерживает их упорядоченное расположение.

ПОНЯТИЕ О ЦИТОРЕЦЕПТОРАХ

Рецепторы представляют собой белковые молекулы на поверхности клетки, в ее цитоплазме или ядре, которые специфически реагируют с лигандами (гормонами, нейромедиаторами, факторами роста, цитокинами) или другими клетками. В соответствии со своей локализацией рецепторы делятся на поверхностные и внутриклеточные, а внутриклеточные подраз­деляются на цитоплазматические и ядерные.

Поверхностные рецепторы образованы поверхностными белками цито-мембран, а также гликокаликсом. Они предназначаются для полярных лиганд, т.е. веществ, которые не могут проникнуть через клеточную мембра­ну внутрь клетки и оказывают свое действие на нее через систему вне­шних рецепторов и вторичных посредников. Подразделяются на каталити­ческие рецепторы, рецепторы, связанные с ионными каналами, рецепторы, связанные с G-белками, и рецепторы, связывающие молекулы внеклеточ­ного матрикса с цитоскелетом.

Гликокаликс образует своеобразные " антенны", которые состоят из не­скольких моно(олиго)сахаридных участков. Эти участки имеют разную конфигурацию, благодаря чему могут связываться с самыми различными химическими веществами. " Антенны" распознают различные внешние сиг­налы: молекулы гормонов, нейромедиаторов, факторов роста, цитокинов, генетически чуждые вещества и др. Рецепторные белки и углеводные учас­тки часто связаны с ферментами (каталитические рецепторы). Такие ре­цепторные белки являются трансмембранными и состоят из рецепторного и каталитического участков.

В качестве примера можно привести протеинкиназы (например, тирозин-киназа). Эти ферменты активируют внутриклеточные белки, что ведет к об­разованию второго посредника (мессенджера), передающего внешние сигна­лы в клетку, изменяя ее метаболизм, усиливая или ослабляя обмен веществ, синтез секрета. Так построены рецепторы инсулина, факторов роста и др.

Мембранные рецепторы могут изменять проницаемость мембран для ионов, что ведет к формированию электрического импульса (рецепторы к нейромедиаторам). Это так называемые рецепторы, связанные с ионны­ми каналами. Рецепторы также контролируют поступление в клетку различных моле­кул, связывают молекулы внеклеточного матрикса с компонентами цитоске-лета (рецепторы, связывающие молекулы внеклеточного матрикса с цитоскелетом). К таким рецепторам относят, например, интегрины. Они относятся к молекулам адгезии клеток (МАК). Интегрины — трансмембранные белки, воспринимающие молекулы внеклеточного матрик­са, в частности, фибронектина и ламинина. В свою очередь, фибронек-тин связывается с другими молекулами внеклеточного матрикса (фибрином, коллагеном, гепарином и др.), а интегрин при помощи ряда других белков — с цитоскелетом. Таким образом, влияние молекул внеклеточного матрикса может передаваться на компоненты цитоскелета. Под влиянием раздраже­ния этого вида рецепторов может изменяться состояние подмембранного слоя, и клетка может начать движение, а также экзоцитоз, эндоцитоз и другие виды деятельности. Особый вид поверхностных рецепторов — рецепторы, связанные с G-белками. Это трансмембранные белки, которые могут быть связаны либо с ионным каналом, либо с ферментом. Состоят из двух частей: рецепторной, взаимодействующей с сигнальными молекулами, и субъединиц G-белка ос, Р, у. G-белки — белки, связывающие гуанозинтрифосфат (ГТФ). После связывания с сигнальной молекулой комплекс G-белков передает сигнал на ассоциированный с цитолеммой фермент аденилатциклазу, которая синтезирует вторичный посредник циклический аденозинмонофосфат (цАМФ). В качестве вторичного посредника могут выступать и молекулы кальция. Через рецепторы, связанные G-белками, опосредуется действие на клетку подавляющего большинства гормонов и нейромедиаторов.

Внутриклеточные рецепторы находятся внутри клетки — в гиалоплазме, на мембранах органелл (цитоплазматические рецепторы), в ядре (ядерные рецепторы). Они предназначены для гормонов и других биологически ак­тивных веществ, которые в силу неполярности своих молекул могут легко проникать внутрь клетки (стероидные и тиреоидные гормоны и др.). Осо­бый интерес представляют ядерные рецепторы. С этими рецепторами связы­ваются такие гормоны, как стероидные, тиреоидные, витамин D,.

Молеку­лы таких рецепторов состоят из 2 участков: участок для связывания с гормо­ном и участок, взаимодействующий со специфическими участками ДНК в ядре. Ядерные рецепторы являются факторами транскрипции. Некоторые из них относятся к протоонкогенам — генам нормального генома, регулирую­щим пролиферацию клеток органов-мишеией, их дифференцировку и меж­клеточные взаимодействия. В результате соматических мутаций в протоонкогенах может происходить злокачественное перерождение клеток.

Внутриклеточные рецепторы могут находиться также на мембранах орга­нелл, например, на митохондриях содержатся рецепторы к тиреоидным гор­монам и т.д.

МОЛЕКУЛЫ АДГЕЗИИ КЛЕТОК (МАК)

С деятельностью поверхностных рецепторов клеток связан такой фено­мен, как клеточная адгезия.

Адгезия — процесс взаимодействия специфических гликопротеинов со­прикасающихся плазматических мембран распознающих друг друга клеток или клеток и внеклеточного матрикса. В том случае, если гликоиротеины при этом образуют связи, происходит адгезия, а затем формирование прочных межклеточных контактов или контактов клетки и межклеточного матрикса.

Все молекулы клеточной адгезии подразделяются на 5 классов.

1. Кадгерины. Это трансмембранные гликопротеины, использующие для адгезии ионы кальция. Отвечают за организацию цитоскелета, взаи­модействие клеток с другими клетками.

2. Интегрины. Как уже отмечалось, интегрины представляют собой мембранные рецепторы для белковых молекул внеклеточного матрикса — фибронектина, ламинина и др. Связывают внеклеточный матрикс с цитос-келетом при помощи внутриклеточных белков талина, винкулина, а-акти-нина. Функционируют как клеточно-виеклеточные, так и межклеточные адгезионные молекулы.

3. Селектины. Обеспечивают прилипание лейкоцитов к эндотелию со­судов и тем самым — лейкоцитарно-эндотелиальпые взаимодействия, миг­рацию лейкоцитов через стенки сосудов в ткани.

4. Семейство иммуноглобулинов. Эти молекулы играют важную роль в иммунном ответе, а также в эмбриогенезе, заживлении ран и др.

5. Гоминговые молекулы. Обеспечивают взаимодействие лимфоцитов с эндотелием, их миграцию и заселение специфических зон иммунокомпс-тептных органов.

Таким образом, адгезия является важным звеном клеточной рецепции, играет большую роль в межклеточных взаимодействиях и взаимодействи­ях клеток с внеклеточным матриксом. Адгезионные процессы абсолютно необходимы при таких общебиологических процессах, как эмбриогенез, им­мунный ответ, рост, регенерация и др. Они участвуют также в регуляции внутриклеточного и тканевого гомеостаза.