Одно из условий существования живых организмов – согласованное протекание всех химических и физических процессов в клетке. В процессе эволюции происходили отбор и закрепление тех регуляторных механизмов, которые наиболее эффективно обеспечивали согласованность физико-химических процессов в биологических системах. У многоклеточных организмов для поддержания целостности организма, координации активности тканей и осуществления гибкой регуляции физиологических функций клеток в процессе эволюции выработался сложный механизм межклеточных взаимодействий, который реализуется с помощью сигнальных молекул.
Пути регуляции функций клетки: 1. Изменение активности ферментов 2. Изменение компартментализации веществ. 3. Топодинамическая регуляция. 4. Химическая модификация белков. 5. Экспрессия генома. 6. Активация вторичных посредников.
1. Первый путь регуляции клеточных функций обусловлен изменением активности ферментов. 2. Роль компартментализации (пространственного разделения) метаболических процессов в клетках эукариот очень велика. Локализация специфических метаболических процессов в цитозоле или в клеточных органоидах облегчает независимую регуляцию этих процессов и позволяет осуществить наиболее тонкую регуляцию метаболизма. Поскольку ферменты и субстраты зачастую разделены мембраной, изменение ее проницаемости для субстратов, несомненно, скажется на ходе ферментативных реакций.
3. В связи с тем, что многие ферменты клетки встроены в цитоплазматические мембраны, существует третий путь регуляции клеточной активности – так называемая топодинамическая регуляция, основанная на динамической неоднородности распределения белков в мембране, их способности образовывать ассоциации. Объединение ферментов, катализирующих многоступенчатую последовательность метаболических реакций в макромолекулярный комплекс, позволяет координировать их работу и обеспечивает перемещение интермедиатов по метаболическому пути.
4. Четвертым способом регуляции клеточной активности является химическая модификация ферментов и других белков. В зависимости от того, какая химическая группа присоединяется к белку, различают ацетилирование (введение остатка уксусной кислоты CH 3 CO-), аденилирование, гидроксилирование, метилирование, фосфорилирование и др. Присоединение химической группы изменяет функциональную активность или свойства белка, например устойчивость к протеолизу. Некоторые модификации белка (гидроксилирование, метилирование) сохраняются в течение всей его жизни, другие – в течение нескольких часов, суток (ацетилирование, аденилирование), минут (фосфорилирование). Наиболее хорошо изучено фосфорилирование белков, которое представляет собой присоединение к белку фосфатной группы.
Ферменты, отвечающие за присоединение фосфатных групп к белковым молекулам, называют протеинкиназами. Источником фосфатной группы служит ATP. Обратную реакцию (дефосфорилирование) осуществляют протеинфосфатазы. 5. В качестве пятого способа регуляции клеточной активности следует назвать экспрессию генома. Регуляция количества белка в клетке осуществляется посредством индукции и репрессии его синтеза, т. е. в результате изменения скорости транскрипции соответствующего гена. У многоклеточных эукариот роль индукторов выполняют специфические регуляторы, например тиреоидные и стероидные гормоны.
6. Шестым способом регуляции активности клеток является система, связанная с так называемыми вторичными посредниками (медиаторами, мессенджерами). Вследствие взаимодействия сигнальной молекулы с рецептором мембраны внутри клетки вырабатываются так называемые вторичные посредники, которые запускают каскадный механизм, приводящий в конечном итоге к изменению активности клетки.
Виды сигнальных молекул: Небольшие липофильные молекулы, которые диффундируют через мембрану и связываются с внутриклеточными рецепторами. Липофильные молекулы, которые взаимодействуют с рецепторами клеточной мембраны. Гидрофильные молекулы, которые взаимодействуют с рецепторами клеточной мембраны (гидрофильные гормоны, факторы роста, цитокины, нейротрансмиттеры).
К первой группе относятся стероидные гормоны, вырабатываемые половыми железами и корой надпочечников. Рецепторы стероидных гормонов обладают высокой избирательностью к лиганду. Они представлены крупными белками (50– 120 к. Да), в отсутствии гормона расположенными в цитоплазме или ядре и включающими ряд доменов, которые выполняют определенные функции.
Ко второй группе сигнальных молекул относятся производные арахидоновой кислоты – эйкозаноиды (окисленные производные полиненасыщенных жирных кислот, от греческого слова eikosi – 20). Их представителями являются простагландины, лейкотриены, простациклины и тромбоксаны. Эйкозаноиды образуются практически во всех клетках, их биосинтез инициируется фосфолипазой А 2. Эйкозаноиды регулируют многие физиологические процессы: стимуляцию сокращения гладкомышечных клеток, болевые и воспалительные реакции, секрецию желудочного сока, агрегацию тромбоцитов и др. Наиболее хорошо из этой группы сигнальных молекул изучены простагландины.
Третью группу сигнальных молекул составляют гидрофильные гормоны, факторы роста, лимфокины (цитокины). Гормоны вырабатываются специализированными эндокринными железами или клетками, транспортируются к клеткам-мишеням посредством кровотока. Иногда факторы роста и цитокины объединяют в группу гистогормонов. Общим для них является следующее: вырабатываются обычными неэндокринными клетками; распространяются путем диффузии в межклеточное пространство; оказывают паракринное или аутокринное действие.
Факторы роста представляют собой белки, которые стимулируют (ингибируют) деление и развитие определенных клеток. Примеры факторов роста: эпидермальный фактор роста; фактор роста нейронов; фактор роста фибробластов (клетки соединительной ткани организма, синтезирующие внеклеточный матрикс) и др. Цитокины участвуют в воспалительных, иммунных и других защитных реакциях организма. В связи с этим они вырабатываются клетками иммунной системы. Примерами цитокинов могут служить интерлейкины и интерфероны.
Системы регуляции клеточной активности, обусловленной вторичными посредниками. Выделяют 4 типа сигнализации действия сигнальных молекул: Эндокринная сигнализация предполагает, что сигнальные молекулы, чаще всего гормоны, образуются в клетках (эндокринные железы), находящихся на значительном расстоянии от клеток -мишеней, к которым доставляются, как правило, с током крови.
При паракринной регуляции сигнальные молекулы, выделяемые секреторной клеткой, действуют на близлежащие клетки-мишени. Синаптическая передача, характерная только для нервной системы, в настоящем пособии рассматриваться не будет. При аутокринной сигнализации сигнальная молекула, продуцируемая данной клеткой, оказывает воздействие на эту же самую клетку. Этим путем действуют многие факторы роста.
Межклеточная коммуникация посредством внеклеточных сигнальных молекул включает несколько основных этапов: 1. Биосинтез сигнальных молекул 2. Секреция сигнальных молекул 3. Транспорт сигнальных молекул к клеткам-мишеням 4. Восприятие сигнала специфическим рецептором. 5. Изменение клеточного метаболизма или экспрессии генов, запускаемое лиганд*-рецепторным комплексом 6. Устранение действия сигнального механизма и прекращение клеточного ответа на сигнал. * – Под лигандом здесь понимается сигнальная молекула.
Клеточный рецептор - молекула на поверхности клетки, клеточных органелл или растворенная в цитоплазме, специфически реагирующая изменением своей пространственной конфигурации на присоединение к ней молекулы определенного химического вещества, передающего внешний регуляторный сигнал и, в свою очередь, передающая этот сигнал внутрь клетки или клеточной органеллы, нередко при помощи так называемых вторичных посредников или трансмембранных ионных токов.
Характеристики рецепторов: 1. Селективность 2. Насыщаемость 3. Сродство к лиганду. 4. Тканевая специфичность 5. Обратимость действия
1. Селективность. Это свойство основано на строгой структурной специфичности. Данный лиганд должен быть либо единственным веществом, связывающимся с рецептором, либо эффективно конкурировать с другими за места связывания. 2. Насыщаемость. Число мест связывания должно бытьконечным 3. Сродство к лиганду. Насыщение происходит при физиологических концентрациях агониста. Агент, который переводит рецептор в активное состояние, называется агонистом. В неактивное состояние рецептор переводит антагонист.
4. Тканевая специфичность Связывание агониста происходит в той ткани, где наблюдается его биологическое действие. 5. Обратимость действия. Блокада связывания агониста с рецептором должна приводить к обратимости биологического эффекта.
Классификация основанная на механизме передачи внеклеточного сигнала. Согласно этому подходу, выделяют 4 типа рецепторов: 1. Рецепторы-каналы. Связывание с лигандом приводит к изменению конформации рецептора, что позволяет определенным ионам проходить через канал. Результатом активации таких рецепторов является изменение мембранного потенциала или внутриклеточного уровня вторичного посредника. Примеры: ионные каналы и никотиновый ацетилхолиновый рецептор в нервно-мышечном соединении; Са 2+-каналы саркоплазматического ретикулума.
2. Рецепторы, сопряженные с Gбелками. В результате связывания лиганда с рецептором активируется Gбелок, который стимулирует или ингибирует ферменты, производящие вторичные посредники. Примеры: холинергические, адренергические и др.
3. Каталитические рецепторы, проявляющие ферментативную активность. Этот класс рецепторов включает несколько подтипов: рецепторы, проявляющие гуанилатциклазную активность; рецепторы, проявляющие фосфатазную активность; рецепторы, проявляющие тирозинкиназную активность. К последней подгруппе принадлежат рецепторы инсулина, многих ростовых факторов.
4. Рецепторы, не проявляющие каталитической активности, но сопряженные с тирозинкиназой. Связывание с лигандом приводит к димеризации мономерных рецепторов, которые активируют тирозинкиназу. Примеры: рецепторы цитокинов, интерферонов, некоторых ростовых факторов.
Другая классификация клеточных рецепторов: 1. Механорецепторы (рассматриваются позже) 2. Терморецепторы (вообще не рассматриваются) 3. Хеморецепторы а) ионотропные б) метаботропные
Хеморецепторы: 1. Рецептор-канал (рис. б); 2. Рецептор сопряженный с G-белком (рис. а); 3. Рецептор проявляющий ферментативную активность (рис. гж); 4. Рецептор сопряженный с тирозинкиназой (но не проявляющий ферментативной активности) (рис. в)
1. Строение и механизм действия рецепторов-каналов. Рецепторы-каналы никотиновые ацетилхолиновые рецепторы, находящиеся на постсинаптической мембране нервно-мышечного соединения. Никотиновый ацетилхолиновый рецептор представляет собой гликопротеин, состоящий из 5 субъединиц (2 ,), которые кодируются 4 разными генами. Он имеет 2 участка для связывания ацетилхолина. Связывание 2 молекул ацетилхолина с рецептором вызывает его конформационные изменения, что приводит к открыванию канала. Время открытого состояния канала составляет примерно 1 мсек.
Краткий обзор:
Гликокаликс- это внешний по отношению к липопротеидной мембране слой, содержащий полисахаридные цепочки мембранных интегральных белков - гликопротеидов.
Одной из важнейших функций плазмалеммы является обеспечение коммуникации (связи) клетки с внешней средой посредством присутствующего в мембранах рецепторного аппарата, имеющего белковую или гликопротеиновую природу. Основная функция рецепторных образований плазмалеммы - распознавание внешних сигналов, благодаря которым клетки правильно ориентируются и образуют ткани в процессе дифференцировки. С рецепторной функцией связана деятельность различных регуляторных систем, а также формирование иммунного ответа.
Основная часть:
В качестве таких рецепторов на поверхности клетки могут выступать белки мембраны или элементы гликокаликса - гликопротеиды. Такие чувствительные к отдельным веществам участки могут быть разбросаны по поверхности клетки или собраны в небольшие зоны.
Разные клетки животных организмов могут обладать разными наборами рецепторов или же разной чувствительностью одного и того же рецептора.
Роль многих клеточных рецепторов заключается не только в связывании специфических веществ или способности реагировать на физические факторы, но и в передаче межклеточных сигналов с поверхности внутрь клетки. В настоящее время хорошо изучена система передачи сигнала клеткам с помощью некоторых гормонов, в состав которых входят пептидные цепочки. Гормон взаимодействует специфически с рецепторной частью этой системы и, не проникая внутрь клетки, активирует аденилатциклазу (белок, лежащий уже в цитоплазматической части плазматической мембраны), которая синтезирует циклический АМФ. Последний активирует или ингибирует внутриклеточный фермент или группу ферментов. Таким образом, команда (сигнал от плазматической мембраны) передается внутрь клетки. Эффективность этой аденилатциклазной системы очень высока. Так, взаимодействие одной или нескольких молекул гормона может привести за счет синтеза множества молекул цАМФ к усилению сигнала в тысячи раз. В данном случае аденилатциклазная система служит преобразователем внешних сигналов.
Разнообразие и специфичность наборов рецепторов на поверхности клеток приводят к созданию очень сложной системы маркеров, позволяющих отличать свои клетки (той же особи или того же вида) от чужих. Сходные клетки вступают друг с другом во взаимодействия, приводящие к слипанию поверхностей (конъюгация у простейших и бактерий, образование тканевых клеточных комплексов). При этом клетки, отличающиеся набором детерминантных маркеров или не воспринимающие их, либо исключаются из такого взаимодействия, либо (у высших животных) уничтожаются в результате иммунологических реакций.
С плазматической мембраной связана локализация специфических рецепторов, реагирующих на физические факторы. Так, в плазматической мембране или в ее производных у фотосинтетических бактерий и синезеленых водорослей локализованы белки-рецепторы (хлорофиллы), взаимодействующие с квантами света. В плазматической мембране 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.
Виды активного транспорта через плазматическую мембрану
Кратко:
- первично-активный транспорт - осуществляется транспортными АТФ-азами, которые получили название ионных насосов.
- вторично-активный транспорт - перенос через мембрану вещества против градиента его концентрации за счет энергии градиента концентрации другого вещества, создаваемого в процессе активного транспорта.
Полный:
Активный транспорт осуществляется транспортными аденозинтрифосфатазами (АТФазами) и происходит за счет энергии гидролиза АТФ.
Виды активного транспорта веществ:
- первично-активный транспорт,
- вторично-активный транспорт.
Первично-активный транспорт
Транспорт веществ из среды с низкой концентрацией в среду с более высокой концентрацией не может быть объяснен движением по градиенту, т.е. диффузией. Этот процесс осуществляется за счет энергии гидролиза АТФ или энергии, обусловленной градиентом концентрации каких-либо ионов, чаще всего натрия. В случае, если источником энергии для активного транспорта веществ является гидролиз АТФ, а не перемещение через мембрану каких-то других молекул или ионов, транспорт называется первично активным.
Первично-активный перенос осуществляется транспортными АТФ-азами, которые получили название ионных насосов. В клетках животных наиболее распространена Na+ ,K+ - АТФаза (натриевый насос), представляющая собой интегральный белок плазматической мембраны и Са2+ - АТФазы, содержащиеся в плазматической мембране сарко-(эндо)-плазматического ретикулума. Все три белка обладают общим свойством - способностью фосфорилироваться и образовывать промежуточную фосфорилированную форму фермента. В фосфорилиро-ванном состоянии фермент может находиться в двух конформациях, которые принято обозначать Е1 и Е2.Конформация фермента - это способ пространственной ориентации (укладки) полипептидной цепи его молекулы. Две указанные конформации фермента характеризуются различным сродством к переносимым ионам, т.е. различной способностью связывать транспортируемые ионы.
Вторично-активный транспорт
Вторичным активным транспортом называется перенос через мембрану вещества против градиента его концентрации за счет энергии градиента концентрации другого вещества, создаваемого в процессе активного транспорта. В клетках животных основным источником энергии для вторичного активного транспорта служит энергия градиента концентрации ионов натрия, который создается за счет работы Na+/K+ - АТФазы. Например, мембрана клеток слизистой оболочки тонкого кишечника содержит белок, осуществляющий перенос (симпорт) глюкозы и Na+ в эпителиоциты. Транспорт глюкозы осуществляется лишь в том случае, если Na+, одновременно с глюкозой связываясь с указанным белком, переносится по электрохимическому градиенту. Электрохимический градиент для Na+ поддерживается активным транспортом этих катионов из клетки.
В головном мозге работа Na+-насоса сопряжена с обратным поглощением (реабсорбцией) медиаторов -физиологически активных веществ, которые выделяются из нервных окончаний при действии возбуждающих факторов.
В кардиомиоцитах и гладкомышечных клетках с функционированием Na+, K+-АТФазы связан транспорт Са2+ через плазматическую мембрану, благодаря присутствию в мембране клеток белка, осуществляющего противотранспорт (антипорт) Na+ и Са2+. Ионы кальция переносятся чере мембрану клеток в обмен на ионы натрия и за счет энергии концентрационного градиента ионов натрия.
В клетках обнаружен белок, обменивающий внеклеточные ионы натрия на внутриклеточные протоны - Na+/H+ -обменник. Этот переносчик играет важную роль в поддержании постоянства внутриклеточного рН. Скорость, с которой осуществляется Na+/Ca2+ и Na+/H+ - обмен, пропорциональна электрохимическому градиенту Na+ через мембрану. При уменьшении внеклеточной концентрации Na+ ингибировании Na+ , K+-АТФазы сердечными гликозидами или в бескалиевой среде внутриклеточная концентрация кальция и протонов увеличена. Это увеличение внутриклеточной концентрации Са2+ при ингибировании Na+, K+-АТФазы лежит в основе применения в клинической практике сердечных гликозидов для усиления сердечных сокращений.
Различные транспортные АТФазы, локализованные в клеточных мембранах и участвующие в механизмах переноса веществ, являются основным элементом молекулярных устройств - насосов, обеспечивающих избирательное поглощение и откачивание определенных веществ (например, электролитов) клеткой. Активный специфический транспорт неэлектролитов (молекулярный транспорт) реализуется с помощью нескольких типов молекулярных машин - насосов и переносчиков. Транспорт неэлектролитов (моносахаридов, аминокислот и других мономеров) может сопрягаться с симпортом - транспортом другого вещества, движение которого по градиенту концентрации является источником энергии для первого процесса. Симпорт может обеспечиваться ионными градиентами (например, натрия) без непосредственного участия АТФ.
Транспортные АТФазы- это высокомолекулярные транспортные белки, способные расщеплять АТФ с высвобождением энергии. Этот процесс служит двигателем активного транспорта. Таким образом переносятся протоны (протонный насос_ или неорганические ионы (ионный насос).
Активный транспорт осуществляется путём эндо- и экзоцитоза.
Эндоцитоз- образование пузырьков путём впячивания плазматической мембраны при поглощении твёрдых частиц (фагоцитоз) или растворённых веществ (пиноцитоз). Возникающие при этом гладкие или окаймлённые пузырьки называются фагосомами или пиносомами. Путём эндоцитоза яйцеклетки поглощают желточные белки, лейкоциты поглащают чужеродные частицы и иммуноглобулины, почечные канальцы всасывают белки из первичной мочи.
Экзоцитоз- процесс, противоположный эндоцитозу. Различные пузырьки из аппарата Гольджи, лизосом сливаются с плазматической мембраной, освобождая своё содержимое наружу. При этом мембрана пузырька может либо встраиваться в плазматическую мембрану, либо в форме пузырька возвращаться в цитоплазму.
Рецепторная функция - это важнейшая способность клетки адекватно реагировать на сигналы внешней и внутренней среды, позволяющая приспосабливаться к меняющимся условиям существования.
Сигналы - это различные вещества или виды энергии, передающие в клетку определенную информацию. Сигналы могут быть:
Химическими - гормоны, медиаторы, факторы роста, цитокины и др.; пахучие вещества или отличающиеся вкусом;
Физическими - свет, звук, температура, давление, электрические потенциалы;
Физико-химическими - осмотическое давление, напряжение О 2 или СО 2 ;
Сложными.
Клеточные рецепторы - это генетически детерминированные макромолекулы, локализованные в различных областях клетки и специализированные на восприятии биологически значимых специфических сигналов химической и физической природы. По своей структуре рецептор состоит из 3 доменов:
1) внемембранного - обеспечивает связывание с сигнальным веществом - лигандом;
2) трансмембранного - переносит сигнал, способен к трансформации;
3) цитоплазматического - обеспечивает внутриклеточные процессы - реакцию на сигнал.
Клеточные рецепторы делят на 2 группы:
Рецепторы плазматической мембраны;
Внутриклеточные рецепторы – цитоплазматические и ядерные.
Рецепторы плазматической мембраны расположены на поверхности плазмолеммы и способны высокоспецифически связываться с лигандами. По химической природе это преимущественно гликопротеины.
Рецепторы выполняют функции:
1) регулируют проницаемость плазмолеммы, изменяя конформацию белков и ионных каналов;
2) регулируют поступление некоторых молекул в клетку;
3) действуют как датчики, превращая внеклеточные сигналы во внутриклеточные;
4) связывают молекулы внеклеточного матрикса с цитоскелетом; эти рецепторы называются интегринами , они обеспечивают формирование контактов между клетками и клеткой и межклеточным веществом.
Рецепторы плазматической мембраны можно разделить на 5 семейств:
- рецепторы, связанные с каналами , взаимодействуют с лигандом - нейромедиатором, который временно открывает или закрывает воротный механизм, в результате чего начинается или блокируется транспорт ионов через канал. Каналообразующие рецепторы состоят из ассоциированных белковых субъединиц, специфически пропускающих ионы. С этими рецепторами взаимодействуют глютаминовая кислота, γ-аминомасляная кислота, глицин, циклические мононуклеотиды (цАМФ, цГМФ);
- каталитические рецепторы включают внеклеточную часть (собственно рецептор, который воспринимает сигнал) и цитоплазматическую часть, которая работает как протеинкиназа. Информация сигнальной молекулы приводит к началу каскада биохимических изменений в клетке, что приводит к определенному физиологическому ответу. На такие рецепторы воздействует инсулин, эпидермальный и тромбоцитарный фактор роста, фактор роста нервов.
- рецепторы, связанные с G-белками - это трансмембранные белки, связанные с ионным каналом или ферментом. Это целый комплекс молекул, который включает:
1) сам рецептор, взаимодействующий с сигнальной молекулой (первый посредник) - это интегральный белок, который 7 раз прошивает плазмолемму, внутриклеточные петли этих рецепторов содержат центры связывания G-белка (например, β-адренорецептор);
2) G-белок (гуанозин трифосфат-связывающего регуляторный белок, состоящий из нескольких компонентов), который передает сигнал на связанный с мембраной фермент (аденилатциклазу) или ионный канал, после чего активируется;
3) второй внутриклеточный посредник - чаще циклический АМФ или ГМФ (цАМФ, гАМФ) или Са 2+ .
Через такие рецепторы реализуются эффекты 80 % нейромедиаторов, пептидных гормонов;
- иммуноглобулиновые рецепторы - это рецепторы-иммуноглобулины на поверхности макрофагов и иммунокомпетентных клеток, обеспечивающие распознавание всего чужеродного и иммунный ответ организма.
- интегрины - клеточные адгезионные молекулы - трансмембранные белки, которые служат рецепторами для внеклеточных фибриллярных макромолекул - фибронектина и ламинина. Фибронектин связывается с клетками и молекулами внеклеточного матрикса (коллагеном, гепарином, фибрином). Фибронектин как адгезионный мостик между клеткой и межклеточным веществом. Внутриклеточная часть интегрина соединяется через другие белки (винкулин, талин, α-актинин) с цитоскелетом.
Таким образом, рецепторы плазмолеммы воспринимают различные сигналы, которые при необходимости изменяют метаболизм в клетке, инициируют и регулируют сокращения, секрецию клетки, модулируют электрический потенциал на поверхности мембраны.
Внутриклеточные рецепторы. Внутриклеточные рецепторы являются белками, регулирующими генную активность клетки. Они располагаются:
В цитоплазме и в мембране органелл. Цитоплазматические рецепторы обнаружены для стероидных гормонов, например, для глюко- и минералокортикоидов, андрогенов и прогестерона. Митохондрии имеют рецепторы к тиреоидным гормонам;
В ядре - ядерные рецепторы для тиреоидных гормонов, рецепторов для эстрогенов, витамина Д, ретиноевой кислоты.
Рецепторы для стероидных гормонов имеют 3 домена (части):
1) гормон-связывающий - для взаимодействия с лигандом;
2) ДНК-связывающий;
3) домен, активирующий транскрипцию.
Сигнальные молекулы для таких рецепторов гидрофобные и свободно диффундируют через плазмолемму, затем связываются с внутриклеточными белками-рецепторами. После этого изменяется конформация белка, происходит его активация, повышается сродство к ДНК. Такие гормон-рецепторные комплексы связываются со специфическими генами в ядре, и, регулируя их экспрессию, обеспечивают биосинтез ряда ферментов, изменяющих функциональное состояние клетки.
ТЕМА 5
МЕЖКЛЕТОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, ТИПЫ И СТРУКТУРНО-
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ
Межклеточные соединения - это специальные структуры, которые вместе с плазмолеммой обеспечивают взаимодействие между клетками. Межклеточные контакты обеспечиваются гликокаликсом и связанными с ним белками. Межклеточные соединения можно подразделить на 2 основных вида:
1. Механические соединения - обеспечивают механическую связь клеток друг с другом. К ним относят простые и сложные соединения: плотные соединения (плотный контакт), десмосомы, интердигитации.
2. Коммуникационные соединения - обеспечивают химическую связь между клетками. К ним относят щелевые соединения.
Механические соединения
I. Простое межклеточное соединение - сближение плазмолемм соседних клеток на расстояние 15–20 нм. При этом гликопротеиды соседних клеток специфичны и «узнают» друг друга, то есть являются рецепторами (кадгерины, интегрины). Обязательным условием соединения является наличие ионов Са 2+ . Например, Е-кадгерины обеспечивают соединение эпителиальных клеток по всей контактирующей поверхности (рисунок 3).
Рисунок 3 - Простое межклеточное соединение (схема):
Важную роль в жизнедеятельности клетки играет рецепторная функция мембраны. Она связана с локализацией на плазматической мембране специальных структур (рецепторных белков), связанных со специфическим узнаванием химических или физических факторов. Многие пронзающие белки представляют собой гликопротеиды - с наружной стороны клетки они содержат полисахаридные боковые цепочки. Часть таких гликопротеидов, покрывающих клетку "лесом" молекулярных антенн, выполняет роль рецепторов гормонов. Когда определенный гормон связывается со своим рецептором, он изменяет структуру гликопротеида, что приводит к запусканию клеточного ответа. Открываются каналы, по которым определенные вещества поступают в клетку или выводятся из нее. Клеточная поверхность обладает большим набором рецепторов, делающих возможными специфические реакции с различными агентами. Роль многих клеточных рецепторов заключается в передаче сигналов извне внутрь клетки.
22. Рецепторы клетки: понятие, расположение, разновидности, строение.
На плазматических мембранах клетки расположены сигнальные молекулы - белки, получившие название рецепторы. Рецепторы клеток связывают молекулу и инициируют ответ. Они представлены трансмембранными белкоми, имеющих специальный участок для связывания физиологически активных молекул - гормонов и нейромедиаторов. Многие рецепторные белки в ответ на связывание определенных молекул меняют транспортные свойства мембран. Вследствие этого может изменяться полярность мембран, генерироваться нервный импульс или изменяться обмен веществ.
Различают внутриклеточные рецепторы и рецепторы, располагающиеся на поверхности клетки в плазматической мембране. Среди них выделяют рецепторы двух типов - связанные с каналами клетки и не связаны с каналами. Они различаются между собой по скорости и избирательностью воздействия сигнала на определенные мишени. Рецепторы, связанные с каналами, после взаимодействия с химическими веществами (гормон, нейро- медиатор) способствуют образованию в мембране открытого канала, в результате чего сразу же меняется ее проницаемость. Рецепторы, не связанные с каналами, также взаимодействуют с химическими веществами, но другой природы, в основном это ферменты. Здесь эффект косвенный, относительно замедленный, но более длительный. Функция этих рецепторов лежит в основе обучения и памяти.
23. Транспорт веществ через клеточную оболочку: понятие, разновидности, примеры.
Мембранный транспорт- транспорт веществ сквозь клеточную мембрану в клетку или из клетки, осуществляемый с помощью различных механизмов - простой диффузии, облегченной диффузии и активного транспорта. Разновидности транспорта описаны в 16 и 17 ответах.
24. Межклеточные контакты: понятие, разновидности, значение.
Межклеточные контакты - соединения между клетками, образованные при помощи белков. Они обеспечивают непосредственную связь между клетками. Кроме того, клетки взаимодействуют друг с другом на расстоянии с помощью сигналов (главным образом - сигнальных веществ), передаваемых через межклеточное вещество.
Каждый тип межклеточных контактов формируется за счет специфических белков, подавляющее большинство которых - трансмембранные белки. Специальные адапторные белки могут соединять белки межклеточных контактов с цитоскелетом, а специальные "скелетные" белки - соединять отдельные молекулы этих белков в сложную надмолекулярную структуру. Во многих случаях межклеточные соединения разрушаются при удалении из среды ионов Ca2+.
Клетки. Связывание с сигнальной молекулой (гормоном или медиатором) происходит с одной стороны от мембраны, а клеточный ответ формируется на другой стороне от мембраны. Таким образом, они играют уникальную и важную роль в межклеточных связях и передаче сигнала.
Многие трансмембранные рецепторы состоят из двух или нескольких субъединиц, которые действуют в совокупности и могут диссоциировать при связывании с лигандом или менять свою конформацию и переходить на следующую стадию цикла активации. Зачастую они классифицируются на основе их молекулярной структуры. Полипептидные цепи простейших из этих рецепторов пересекают липидный бислой лишь один раз, между тем как многие - семь раз (например,
Строение
Внеклеточный домен
Внеклеточный домен - это участок рецептора, который находится вне клетки или органоида. Если полипептидная цепь рецептора пересекает клетку несколько раз, то внешний домен может состоять из нескольких петель. Основная функция рецептора состоит в том, чтобы опознавать гормон (хотя некоторые рецепторы также способны реагировать на изменение мембранного потенциала), и во многих случаях гормон связывается именно с этим доменом.
Трансмембранный домен
Некоторые рецепторы являются также и белковыми каналами. Трансмембранный домен в основном состоит из трансмембранных α-спиралей. В некоторых рецепторах, таких как никотиновый ацетилхолиновый рецептор, трансмембранный домен формирует мембранную пору или ионный канал. После активации внеклеточного домена (связывания с гормоном) канал может пропускать ионы . У других рецепторов после связывания гормона трансмембранный домен меняет свою конформацию, что оказывает внутриклеточное воздействие.
Внутриклеточный домен
Внутриклеточный, или цитоплазматический, домен взаимодействует с внутренней частью клетки или органоида, ретранслируя полученный сигнал. Существуют два принципиально разных пути такого взаимодействия:
- Внутриклеточный домен связывается с эффекторными сигнальными белками, которые в свою очередь передают сигнал по сигнальной цепи к месту его назначения.
- В случае если рецептор связан с ферментом или сам обладает ферментативной активностью, внутриклеточный домен активирует фермент (или осуществляет ферментативную реакцию).
Класификация
Классифицируют ионотропные и метаботропные трансмембранные рецепторы. Примером рецептора второго типа являются
Регуляция
В клетке существует несколько путей регуляции активности трансмембранных рецепторов, наиболее важными способами являются фосфорилирование и интернализация рецепторов.
См. также
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Рецепторная функция белка" в других словарях:
У этого термина существуют и другие значения, см. Белки (значения). Белки (протеины, полипептиды) высокомолекулярные органические вещества, состоящие из соединённых в цепочку пептидной связью альфа аминокислот. В живых организмах… … Википедия
Кристаллы различных белков, выращенные на космической станции «Мир» и во время полётов шаттлов НАСА. Высокоочищенные белки при низкой температуре образуют кристаллы, которые используют для получения модели данного белка. Белки (протеины,… … Википедия
I Медицина Медицина система научных знаний и практической деятельности, целями которой являются укрепление и сохранение здоровья, продление жизни людей, предупреждение и лечение болезней человека. Для выполнения этих задач М. изучает строение и… … Медицинская энциклопедия
I Клетка (cytus) основная структурно функциональная единица, определяющая строение, жизнедеятельность, развитие и размножение животных и растительных организмов за исключением вирусов; элементарная живая система, способная к обмену веществ с… … Медицинская энциклопедия
Обозначения … Википедия
ЭНЦЕФАЛОМЕТРИЯ - (от греч. encephalon мозг и metron мера), измерения мозга. Мак роэнцефалометрия измерение расстояний между различными определенными точками на поверхности мозга, измерения ширины коры на срезах, измерения площади поверхности всей коры,… … Большая медицинская энциклопедия
