Структура межклеточного контакта, определяющего парацеллюлярный транспорт веществ. Плотный контакт Плотный контакт клеток

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. В.Г. БЕЛИНСКОГО

Естественно-географический факультет

Кафедра биохимии

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО БИОХИМИИ МЕМБРАН:

«МЕЖКЛЕТОЧНЫЕ КОНТАКТЫ»

Выполнила студентка IV курса группы БХ-41

Гребенникова Ирина

Научный руководитель Соловьев В.Б.

ПЕНЗА, 2009г.

Введение

1.Классификация межклеточных контактов

2. Замыкающие межклеточные контакты

2.1.Рыхлые или простые контакты

2.2.Плотный замыкающий контакт

2.3.Замыкающие межклеточные контакты

3.Адгезионные или сложные межклеточные контакты

3.1.Точечные межклеточные контакты

3.2.Адгезионные пояски

3.3.Адгезионные соединения между клеткой и матриксом

3.4.Десмосомы

4.Гемидесмосома

5.Заболевание аутоиммунное, поражающее десмосомы

6.Проводящие межклеточные контакты

6.1.Синапсы

6.2.Нексусы

7.Рецепторы

Приложение 1

Список литературы

Введение

Межклеточные контакты возникают в местах соприкосновения клеток в тканях и служат для межклеточного транспорта веществ и передачи сигналов, а также для механического скрепления клеток друг с другом. Основные типы межклеточных контактов: а) рыхлые, или простые, контакты - между плазматическими мембранами соседних клеток имеется щель шириной 10-20 нм, заполненная гликокалликсом, специализированных структур на мембранах нет; б) межклеточные «замки» - мембраны соседних клеток разделены таким же расстоянием, но изгибаются, образуя на поверхности клеток впячивания; в) десмосомы; г) плотные контакты (встречаются в основном в эпителиальных клетках) - разделяются на зону замыкания и зону слипания (промежуточный контакт); в зоне замыкания две соседние мембраны сливаются своими наружными слоями, эта зона непроницаема для макромолекул и ионов, в зоне слипания мембраны разделены щелью в 10-20 нм, заполненной плотным веществом, вероятно, белковой природы; д) щелевидные (высокопроницаемые) контакты, свойственные всем типам эпителиальной и соединительной тканей,- плазматической мембраны разделены промежутком в 2- 4 нм, пронизанным каналами, по которым низкомолекулярные вещества попадают из цитоплазмы одной клетки в другую, минуя межклеточную среду. В большинстве случаев межклеточные контакты разрушаются при удалении из среды ионов Са 2+ . Особыми формами межклеточных контактов являются синапсы, а также плазмодесмы растит, клеток.

1. Классификация межклеточных контактов

1.Замыкающие межклеточные контакты.

а) простой или рыхлый контакт;

б) плотный замыкающий контакт.

2.Адгезионные межклеточные контакты.

а) точечные контакты;

б) адгезионные пояски;

в) адгезионные соединения между клеткой и внутриклеточным матриксом;

г) десмосомы.

3.Проводящие.

а) нексусы;

б) синапсы.

2. Замыкающие межклеточные контакты

2.1 Рыхлые или простые контакты

Простой контакт - соединение клеток за счет пальцевидных впячиваний и выпячиваний цитомембран соседних клеток. Специфических структур, формирующих контакт, нет.

Простые контакты занимают наиболее обширные участки соприкасающихся клеток. Расстояние между билипидными мембранами соседних клеток составляет 15-20 нм, а связь между клетками осуществляется за счет взаимодействия макромолекул соприкасающихся гликокаликсов.

Посредством простых контактов осуществляется слабая механическая связь - адгезия, не препятствующая транспорту веществ в межклеточных пространствах. Разновидностью простого контакта является контакт "типа замка", когда плазмолеммы соседних клеток вместе с участком цитоплазмы как бы впячивается друг в друга (интердигитация), чем достигается большая поверхность соприкосновения и более прочная механическая связь.

2.2 Плотный замыкающий контакт

Плотный замыкающий контакт - соприкасаются билипидные слои мембран соседних клеток. В области зоны плотных контактов между клетками не проходят практически никакие вещества.

Постоянные клеточные контакты скрепляют клетки в эпителиальном клеточном слое таким образом, что предотвращается перетекание даже малых молекул с одной стороны слоя на другую. Латеральная подвижность многих мембранных белков ограничена. Ограничение подвижности достигается с помощью барьеров, образованных при участии плотных контактов.

Клоны эпителиальных тканей (эпителии) функционируют в качестве избирательно-проницаемых барьеров, разделяющих жидкости с разным химическим составом по обе стороны слоя. В выполнении этой функции плотные контакты играют две роли.

Осуществляемый эпителиальными клетками трансклеточный транспорт (например, питательных веществ полости тонкого кишечника во внутриклеточную жидкость по другую сторону слоя) зависит от двух групп мембранных белков-переносчиков: одна находится на апикальной (обращенной в полость) поверхности клетки и активно транспортирует отдельные молекулы в клетку; другая находится на базолатеральной поверхности клетки и позволяет тем же молекулам покидать клетку путем облегченной диффузии. Для поддержания этого направленного транспорта не должно происходить перемещения апикальных белков-переносчиков на базолатеральную поверхность и наоборот.

Кроме того, промежутки между эпителиальными клетками должны быть скреплены таким образом, чтобы транспортированные молекулы не могли бы продиффундировать назад в полость через межклеточные промежутки.

Плотные контакты и выполняют эти две функции: барьеров для диффузии мембранных белков между апикальной и базолатеральной поверхностями и скрепления соседних клеток вместе так, что водорастворимые молекулы не могут перетечь на другую сторону слоя. При этом плотные контакты непроницаемы для макромолекул, а их проницаемость для малых молекул сильно варьирует в разных эпителиях. Эпителиальнные клетки могут временно модифицировать плотные контакты с тем, чтобы допустить увеличенный ток жидкости через бреши в контактных барьерах. Такой параклеточный транспорт особенно важен при абсорбции аминокислот и моносахаридов из полости тонкого кишечника.

Важнейшим элементом в структуре избирательно проницаемых барьеров эпителиальных и эндотелиальных являются плотные контакты. Избирательная проницаемость варьирует от ткани к ткани, пропуская или целые клетки и макромолекулы, или только протоны и ионы. Плотный контакт выглядит как пояс из переплетающихся скрепляющих нитей, который полностью окружает апикальный конец каждой клетки эпителиального слоя. Полагают, что скрепляющие нити состоят из длинных рядов специфических трансмембранных белков в каждой из двух взаимодействующих плазматических мембран, и которые (белки) соединяются напрямую друг с другом, что приводит к закупориванию межклеточного пространства. Интегральным мембранным белком плотного соединения оказался окклудин (взаимодействует с двумя цитоплазматическими белками, ZO-1 и ZO-2 (zonula occludence 1, 2). Их функция окончательно не ясна. Возможно, их роль заключается в локализации оккулдина в сайтах между апикальной и базолатеральной поверхностями клетки. Некоторые ассоциированные с цитоскелетом белки были также обнаружены в участках плотных контактов. Среди них зингулин, антиген и актин (по данным электронной микроскопии, актиновые филаменты состоят из двух цепей глобулярных молекул, диаметром 4 нм и образующих двойную спираль, на каждый виток которой приходится 13,5 молекулы). Эти цепи составляют основу тонких филаментов скелетных мышц, которые кроме актина содержат также несколько других белков; глобулярный актин имеет молекулярную массу около 42 кД. Он содержит одну полипептидную цепь, состоящую из 375 или 374 аминокислотных остатков; различия в аминокислотной последовательности у разных актинов, как в пределах одного вида, так и межвидовые, крайне незначительны. Они составляют не более 25 аминокислотных замен; в настоящее время у позвоночных животных различают 6 изоформ актина, в зависимости от изоэлектрической точки они делятся на 3 класса - альфа, бета и гамма; бета- и гамма-актины характерны для немышечных клеток, а альфа-актины - для мышечных). Ras играет определенную роль в регулировании функционирования плотных соединений. Таким образом, в клетках имеются, по-видимому, сходные механизмы построения и регуляции адгезионных структур, и эти механизмы тесно взаимосвязаны с изменениями в цитоскелете. Однако, каким образом перестройки цитоскелета влияют на процессы межклеточной адгезии, пока окончательно не ясно. Механизмы адгезии и межклеточной сигнализации тесно сопряжены с давно известным феноменом контактного торможения, природа которого до сих пор до конца не выяснена.

2.3 Замыкающие межклеточные контакты

Простое межклеточное соединение - сближение плазмолемм соседних клеток на расстояние 15-20 нм. При этом происходит взаимодействие слоев гликокаликса соседних клеток. Гликопротеиды соседних клеток при образовании простого контакта «узнают» клетки одного типа. Наличие этих белков-рецепторов (кадгерины, интегрины и др.) характерно для определенных тканей. Они реагируют только с соответствующими им клетками. Например, кадгерины участвуют в образовании контактов только между эпителиальными клетками, обеспечивая их соединение практически по всей поверхности контактирующих клеток.

Интегрины - представляют собой поверхностные гетеродимерные белки, которые обеспечивают адгезию клеток к компонентам внеклеточного матрикса и иногда к другим клеткам. Многие интегрины проявляют сродство к гликопротеидам и базальной мембраны, и внеклеточного матрикса. Утрата некоторых интегринов (при раке молочной железы, раке предстательной железы, раке толстой кишки) или их избыток (при меланоме, плоскоклеточном раке полости рта, носоглотки, гортани) сопряжены с высокой степенью злокачественности опухоли. Связывание интегринов с лигандами и сближение клеток необходимы для перестройки базальной мембраны, идущей при ангиогенезе. Взаимодействие интегринов с белками внеклеточного матрикса в некоторых случаях препятствует апоптозу. Так, клетки меланомы избегают апоптоза в дерме за счет связывания альфа(ню)-бета3-интегрина с коллагеном. Нейтрализация этого интегрина антителами, напротив, способствует апоптозу. Таким образом, информация, которую интегрины передают от внеклеточного матрикса внутрь клетки, в одних случаях стимулирует адгезию и миграцию опухолевых клеток, в других - приводит к их гибели. Иными словами, интегрины играют роль своеобразного "переключателя", определяющего дальнейшую судьбу опухолевой клетки.

Плотный замыкающий контакт -- соприкасаются билипидные слои мембран соседних клеток. В области зоны плотных контактов между клетками не проходят практически никакие вещества.

Постоянные клеточные контакты скрепляют клетки в эпителиальном клеточном слое таким образом, что предотвращается перетекание даже малых молекул с одной стороны слоя на другую. Латеральная подвижность многих мембранных белков ограничена. Ограничение подвижности достигается с помощью барьеров, образованных при участии плотных контактов.

Клоны эпителиальных тканей (эпителии) функционируют в качестве избирательно-проницаемых барьеров, разделяющих жидкости с разным химическим составом по обе стороны слоя. В выполнении этой функции плотные контакты играют две роли.

Осуществляемый эпителиальными клетками трансклеточный транспорт (например, питательных веществ полости тонкого кишечника во внутриклеточную жидкость по другую сторону слоя) зависит от двух групп мембранных белков-переносчиков: одна находится на апикальной (обращенной в полость) поверхности клетки и активно транспортирует отдельные молекулы в клетку; другая находится на базолатеральной поверхности клетки и позволяет тем же молекулам покидать клетку путем облегченной диффузии. Для поддержания этого направленного транспорта не должно происходить перемещения апикальных белков-переносчиков на базолатеральную поверхность и наоборот.

Кроме того, промежутки между эпителиальными клетками должны быть скреплены таким образом, чтобы транспортированные молекулы не могли бы продиффундировать назад в полость через межклеточные промежутки.

Плотные контакты и выполняют эти две функции: барьеров для диффузии мембранных белков между апикальной и базолатеральной поверхностями и скрепления соседних клеток вместе так, что водорастворимые молекулы не могут перетечь на другую сторону слоя. При этом плотные контакты непроницаемы для макромолекул, а их проницаемость для малых молекул сильно варьирует в разных эпителиях. Эпителиальнные клетки могут временно модифицировать плотные контакты с тем, чтобы допустить увеличенный ток жидкости через бреши в контактных барьерах. Такой параклеточный транспорт особенно важен при абсорбции аминокислот и моносахаридов из полости тонкого кишечника.

Важнейшим элементом в структуре избирательно проницаемых барьеров эпителиальных и эндотелиальных являются плотные контакты. Избирательная проницаемость варьирует от ткани к ткани, пропуская или целые клетки и макромолекулы, или только протоны и ионы. Плотный контакт выглядит как пояс из переплетающихся скрепляющих нитей, который полностью окружает апикальный конец каждой клетки эпителиального слоя. Полагают, что скрепляющие нити состоят из длинных рядов специфических трансмембранных белков в каждой из двух взаимодействующих плазматических мембран, и которые (белки) соединяются напрямую друг с другом, что приводит к закупориванию межклеточного пространства. Интегральным мембранным белком плотного соединения оказался окклудин (взаимодействует с двумя цитоплазматическими белками, ZO-1 и ZO-2 (zonula occludence 1, 2). Их функция окончательно не ясна. Возможно, их роль заключается в локализации оккулдина в сайтах между апикальной и базолатеральной поверхностями клетки. Некоторые ассоциированные с цитоскелетом белки были также обнаружены в участках плотных контактов. Среди них зингулин, антиген и актин (по данным электронной микроскопии, актиновые филаменты состоят из двух цепей глобулярных молекул, диаметром 4 нм и образующих двойную спираль, на каждый виток которой приходится 13,5 молекулы). Эти цепи составляют основу тонких филаментов скелетных мышц, которые кроме актина содержат также несколько других белков; глобулярный актин имеет молекулярную массу около 42 кД. Он содержит одну полипептидную цепь, состоящую из 375 или 374 аминокислотных остатков; различия в аминокислотной последовательности у разных актинов, как в пределах одного вида, так и межвидовые, крайне незначительны. Они составляют не более 25 аминокислотных замен; в настоящее время у позвоночных животных различают 6 изоформ актина, в зависимости от изоэлектрической точки они делятся на 3 класса - альфа, бета и гамма; бета- и гамма-актины характерны для немышечных клеток, а альфа-актины - для мышечных). Ras играет определенную роль в регулировании функционирования плотных соединений. Таким образом, в клетках имеются, по-видимому, сходные механизмы построения и регуляции адгезионных структур, и эти механизмы тесно взаимосвязаны с изменениями в цитоскелете. Однако, каким образом перестройки цитоскелета влияют на процессы межклеточной адгезии, пока окончательно не ясно. Механизмы адгезии и межклеточной сигнализации тесно сопряжены с давно известным феноменом контактного торможения, природа которого до сих пор до конца не выяснена.

Обслуживание тормозной системы - это не только регулярная замена колодок и жидкости. Есть ряд не менее важных операций, о которых многие, к сожалению, забывают. Сегодня совместно с мастерской Desmoservice Moscow мы пристально рассмотрим процедуру по замене уплотнительных манжет в передних тормозных суппортах.

Теория

Рабочие тормозные цилиндры (в быту суппорты или скобы) по принципу действия являются классическими представителями гидроцилиндров. Тормозная жидкость, получая давление от главного тормозного цилиндра, воздействует на поршни (один или несколько) в суппорте. Плотно сидящие внутри суппорта поршни в свою очередь прижимают тормозные колодки к рабочей поверхности тормозного диска. Жидкость в суппорты подаётся по узким шлангам. Стык между зеркалом цилиндра и поршнем загерметизирован уплотнительным кольцом (манжет) из резины.

Как правило, под натиском времени резиновые детали сдаются первыми. Манжеты в суппортах не исключение. С годами они теряют свою эластичность, могут износиться в местах соприкосновения с металлом. Суппорты на мотоцикле подвержены воздействию высоких температур и загрязнению. Поэтому со временем зеркальная поверхность поршня в суппорте может набрать на себя песок, сажу и мелкие частички фрикционных накладок. Загрязнённый поршень склонен к застреванию внутри цилиндра – от лёгких подвисаний до жёсткого закусывания. Налипшая грязь может стать причиной повышенного износа резиновых манжет. Всё вышеописанное не лучшим образом отражается на эффективности работы тормозной системы.

В общем случае опытные механики рекомендуют проводить глобальное обслуживание передних рабочих тормозных цилиндров примерно один раз в два-три полных сезона (всё очень зависит от условий эксплуатации и качества исполнения самих цилиндров). Задние суппорты проблем преподносят сильно меньше.

Подготовка

Перед тем, как приступать к работе, запаситесь достаточным количеством времени, а также силовым набором инструментов, тисками, медной смазкой (мы использовали Kupfer Paste от Liqui Moly ), баночкой тормозной жидкости (в нашем случае это Liqui Moly Brake Fluid DOT 5.1) и ремкомплектом для суппортов. Ремкомплект (фото 1) подбирается под модель суппортов. На передний контур Ducati Monster S 2 R 1000 из нашего примера с завода установлены четырёхпоршневые суппорты Brembo P 4 с аксиальным закреплением. Поршни разнокалиберные – 30 мм и 34 мм.

Выполнение

Перво-наперво осушаем расширительный бачок переднего контура (фото 2) . Основную часть жидкости удобнее всего извлечь прямо из бачка (предварительно открыв на нём крышку) при помощи медицинского шприца или специального инструмента (фото 3) . Опустошённый резервуар имеет смысл заткнуть чистой салфеткой (фото 4) , чтобы выловить мелкие остатки жидкости и защитить бачок от попадания грязи извне. Следом на ещё не демонтированном суппорте полностью извлекаем тормозные колодки и откладываем их в сторону (фото 5) . Таким образом удастся устранить риск попадания тормозной жидкости на уязвимый фрикционный материал. Далее прямо на месте немного ослабляем банджо-болт на фитинге (фото 6) , затем откручиваем сам суппорт (фото 7) , после над вспомогательной ёмкостью окончательно отсоединяем магистраль и сливаем остатки жидкости.

Для извлечения поршней составные суппорты придётся разобрать пополам, зажав их через мягкие проставки в тиски (фото 8) . Поршни удобнее всего аккуратно достать при помощи сжатого воздуха. Первый по ходу движения жидкости поршень продувается через входной канал (фото 9) , второй – через канал, соединяющий цилиндры (фото 10) . Старые манжеты легко вытаскиваются при помощи шила, толстой иглы или пинцета (фото 11) . Главное – не повредить посадочный паз и зеркало цилиндра.

Перед тем, как переходить к сборке, абсолютно все детали необходимо тщательно промыть и просушить. Особое внимание к посадочным местам под манжеты. Пазы должны быть идеально чистыми и неповреждёнными (фото 12) . Новые манжеты и уплотнительные кольца в стыках половинок суппортов легко вставляются без использования специнструмента (фото 13) , поршни перед установкой нужно смазать составом из ремкомплекта (фото 14) . Две части суппорта следует скручивать между собой заранее смазанными медной смазкой винтами и строго с применением динамометрического инструмента (фото 15) . Моменты затяжки сверяются по сервисной документации.

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 или сеть.
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 контакты препятствуют свободному перемещению и смешиванию функционально различных внутримембранных белков, локализующихся в плазмолемме апикальной и базолатеральной поверхностей клетки, что способствует поддержанию ее полярности.
Плотные контакты имеют вид пояска шириной 0,1-0,5 мкм, окружающего клетку по периметру (обычно у ее апикального полюса).
Для поддержания целостности этих соединений необходимы двухвалентные катионы Mg 2+ и Ca 2+ . Контакты могут динамично перестраиваться (вследствие изменений экспрессии и степени полимеризации окклудина) и временно размыкаться (например, для миграции лейкоцитов через межклеточные пространства).

Фокальные контакты

Встречаются у многих клеток и особенно хорошо изучены у фибробластов.
Они построены по общему плану со сцепляющими лентами, но выражены в виде небольших участков - бляшек на плазмолемме. В этом случае трансмембранные линкерные белки-интегрины специфически связываются с белками внеклеточного матрикса (например с фибронектином). Со стороны цитоплазмы эти же гликопротеиды связаны с примембранными белками, куда входит и винкулин, который в свою очередь связан с пучком актиновых филаментов. Функциональное значение фокальных контактов заключается как в закреплении клетки на внеклеточных структурах, так и создании механизма, позволяющего клеткам перемещаться.

Щелевые контакты

Щелевые контакты – щель 2-4нм, состоят из белковых каналов обеспечивают прохождение веществ до 1кДа.
Коннексоны – регулируемые каналы, состоят из 6 коннексинов – белковые субъединицы М=26-54 кДа.

Каналы перекрываются при попадании в клетку Ca 2+ при повреждении. Обмен тимином через коннексоны при отборе гибридных клеток усложняет отбор - т.к. два коннексона соседних клеток образуют канал по которым тимин передается из клетки в клетку.
Через коннексоны передаются электрические сигналы и малые регуляторные молекулы (например, cAMP, InsP 3 , аденозин, ADP и ATP). Коннексины - нестабильные белки, живущие несколько часов.
Присутствуют практически во всех клетках.
Имеется 20 различных коннексинов у мыши и 21 у человека. 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!

Различные типы коннексинов человека и мыши.

Коннексины - политопные интегральные мембранные белки 4 раза пересекающий мембрану, имеющие две внеклеточные петли (EL-1 и EL-2), цитоплазматическую петлю (CL) с N-концом (AT) и C-концом (CT) вдающимися в цитоплазму.
Специфические N- и E-кадгерины обеспечивающие адгезию клеток, что способствует образованию каналов между соседними клетками.
Белки взаимодействующие с коннексонами Cx43: v-, c-src киназы, киназа С, MAP киназа, Cdc2 киназа, казеин киназа 1, киназа A, ZO-2, ZO-1, b-катенин, Дребрин, a-, b-тубулин, кавеолин-1, NOV, CIP85.
С коннексонами способны взаимодействовать различные белки, например, киназы, фосфорилирующие коннексины и меняющие их свойства, что может регулировать работу канала. С коннексонами
так же взаимодействют тубулины (белки микротрубочек), что может способствовать транспорт различных веществ вдоль микротрубочек непосредственно к каналу. Белок дребрин взаимодействует с коннексинами и с микрофиламентами, что указывает на взаимосвязь каналов и организации цитоскелета клетки.
Коннексоны могут закрываться при действии тока, pH, напряжения мембраны, Ca2+.

Десмосомы

Десмосомы – соединяют клеточную мембрану с промежуточными филаментами, формируя сеть устойчивую к растяжениям.
Цитокератиновые филаменты
Десминовые филаменты
Пластинка прикрепления иммеет дисковидную форму (диаметр ~0,5 мкм и толщиной 15 нм) и служит участком прикрепления к плазматической мембране промежуточных филаментов.
Состоит из белков - десмоплакин , плакоглобин , десмокальмин .
Межклеточная щель в области десмосомы шириной 25 нм заполнена белками десмоколлинами и десмоглеинами - Са 2+ -связывающие адгезивные белки, взаимодействующие с пластинками прикрепления.

Полудесмосомы

Полудесмосомы – прикрепляют базальную часть плазматической мембраны эпителиальных клеток к базальной мембране.

Септированные контакты

Плазмодесмы

Этот тип межклеточных связей встречается у растений. Плазмодесмы представляют собой тонкие трубчатые цитоплазматические каналы, соединяющие две соседние клетки. Диаметр этих каналов обычно составляет 20-40 нм. Ограничивающая эти каналы мембрана непосредственно переходит в плазматические мембраны соседствующих клеток. Плазмодесмы проходят сквозь клеточную стенку, разделяющую клетки.

Внутрь плазмодесм могут проникать мембранные трубчатые элементы, соединяющие цистерны эндоплазматического ретикулума соседних клеток.
Образуются плазмодесмы во время деления клетки, когда строится первичная клеточная оболочка. У только что разделившихся клеток число плазмодесм может быть очень велико (до 1000 на клетку), при старении клеток их число падает за счет разрывов при увеличении толщины клеточной стенки.
C помощью плазмодесм обеспечивается межклеточная циркуляция растворов, содержащих питательные вещества, ионы и другие соединения. По плазмодесмам могут перемещаться липидные капли Через плазмодесмы происходит заражение клеток растительными вирусами. Однако эксперименты показывают, что свободный транспорт через плазмодесмы ограничивается частицами с массой не более 800 Да.

Интердигитации

Интердигитации - межклеточные соединения, образованные выпячиваниями цитоплазмы одних клеток, вдающимися
в цитоплазму других. За счет интердигитаций увеличивается прочность соединения клеток и площадь их контакта.

Взаимодействие между, клетками в ткани и соединение различных тканей в организме обеспечивается немембранными структурами, которые называются базальными пластинками. Эти, структуры подставляют собой как бы основу, которая скрепляет клетки и удерживает их вместе.

Несмотря на некоторое функциональное сходство с мембранами, базальные пластинки все-таки нельзя причислить к мембранам хотя бы потому, что они не содержат липидов и не являются непроницаемым барьером для веществ и ионов. Базальные пластинки состоят из полисахаридов, соединенных с белками. Благодаря своим свойствам: вязкости; способности образовывать гели и вызывать адгезию клеток - базальные пластинки не только связывают клетки друг с другом, но и способны поддерживать форму органа в целом.

Базальные пластинки имеют отчетливо выраженное ламеллярное волокнистое строение, напоминающее структуру мембран почечных канальцев, которые осуществляют фильтрацию. По химическому составу базальные мембраны близки к коллагену.

В их состав входят гликопротеины, содержащие дисахаридные цепи в спиральной части волокон и полисахаридные цепи в неспиральных участках. В отличие от коллагена базальные мембраны включают большое количество спиральных участков, S-S-связей и полисахаридных цепей.

Благодаря наличию специфических мест узнавания или изменению форм мембран в некоторых участках взаимодействия клеток внешняя поверхность цитоплазматических мембран многоклеточных организмов играет важную роль в создании межклеточных контактов. Этот термин рекомендуется употреблять в тех случаях, когда имеются промежутки между клеточными поверхностями, заполненные внеклеточным материалом. С целью уточнения механизмов взаимодействия близлежащих клеток используются также термины «межмембранное пространство», «парацеллюлярное пространство», «контактные комплексы».

Межклеточный контакт следует рассматривать как сложно организованную систему, состоящую из ряда специализированных элементов. Эти элементы четко идентифицируются с помощью электронной микроскопии, однако их номенклатура до настоящего времени достаточно не разработана. В различных тканях контакты, в зависимости от функционального назначения, могут включать и себя те или иные элементы. В настоящем разделе рассмотрены преимущественно межклеточные контакты эпителиоцитов, так как в состав этих контактов входят все известные типы специализированных элементов. К специализированным элементам межклеточных контактов относят: простое соединение, соединение типа «замка», плотное соединение, область слипания, щелевидное соединение, септированное соединение и лестничное соединение. В формировании этих элементов принимают участие все три компонента клеточной поверхности: надмембранный компонент, или гликокаліґкс, плазматическая мембрана и подмембранный компонент.

На рис. 6.2. показаны возможные места контактов между клетками эпителия тонкого кишечника. С помощью электронной микроскопии были обнаружены три типа контактных

Микроворсинки

align=right hspace=7>Плотный

Овальные

десмосомы

десмосомы

Базальная

пластинка

структур: плотный контакт, щелевой контакт и взаимодействие с помощью десмосом.

В зоне плотного контакта (tight junction) две плазматические мембраны полностью смыкаются, по при этом цитоплазматические пространства двух контактирующих клеток остаются отделенными друг от друга (рис. 6.3).

В таких контактах наружные участки мембран местами сливаются в общий слой толщиной 2-3 нм. Слияние наружных слоев мембран происходит не по всей площади плотного соединения, а представляет собой серии точечных слияний мембран. Эти точечные слияния, пересекаясь образуют сеть, располагающуюся »между апикальными краями контактирующих клеток.

На протяжении более чем ста лет термин «плотное соединение» использовался в качестве описательной системы для пространства контактирующих между собой двух клеток. Благодаря последним сорока годам исследований в данной области,

Цитоплазма

Мембраны

Коннексиновый цилиндр

а)

Рис. 6.3. Схематическое изображение плотного контакта (а) и щелевого контакта (б)

паши воззрения на природу плотного контакта, как своего рода цементирующей массы, значительно изменились. Несмотря на го, что наши знания о строении и функции этого образования еще далеки от идеальных, тем не менее уже сейчас достаточно данных, свидетельствующих о том, что это сложно организованная динамическая мультибелковая структура, избирательно проницаемая для определенных гидрофильных соединений (ионы, нутриенты, лекарства).

Морфологические особенности и регуляторные свойства плотного контакта, а также тот факт, что он является проницаемым для гидрофильных соединений незначительной молекулярной массы свидетельствуют об ограниченности просвета между двумя клетками. Существуют, по крайней мере, две гипотезы, объясняющие это явление. Первая, касается диаметра пор между контактирующими клетками. Так у энтероцитов человека они составляют 0,3-0,6 нм . Благодаря различному
размеру межклеточных пор, наблюдаемых вдоль кишечного тракта одного вида экспериментальных животных, а также их диаметра, обусловленного видом животного, скорости пара- целлюлярного переноса лекарств могут значительно колебаться. Так, например, антагонист Р-адренорецепторов атенолол (log D7a = - 1,9; молекулярная масса - 226) проявляет довольно высокую степень абсорбции в кишечнике собак (90 %) и только половину в организме крыс и человека .

Другой представитель этой группы - ксимотерол (log£)74 = = - 10; молекулярная масса - 339) имеет более низкие показатели (у собак 36 %, у крыс и человека соответственно 19 и 9 %).

Увеличение молекулярной массы, за счет присоединения соответствующих заместителей, в полиэтиленгликоле, кардинально меняло степень их парацеллюлярного транспорта. Варьирование молекулярной массой производных полиэтиленгли-, коля (281-591) уменьшало степень абсорбции веществ в кишечнике крыс от 79 до 2 %. Для организма собак, при использовании производных полиэтиленгликоля с молекулярными массами 600-900 этот показатель изменялся в интервале 100-13 %. Предполагается , что процессы, происходящие в организме крыс, в большей степени, напоминают аналогичные явления, наблюдаемые в организме человека.

Вторая гипотеза предполагает наличие между контактирующими клетками молекулярной структуры, управляющей проницаемостью щели (канала). В возбудимых мембранах при понижении покоя ниже определенной пороговой величины открываются каналы, по которым ион натрия поступает внутрь клетки. Предполагают, что в состоянии покоя в нервном волокне натриевые каналы закрыты воротами, которые открываются при деполяризации мембраны.

Иногда термин «ворота» применяют не только к каналу, но и к отдельному белку-каналоформеру. Например, на внутренней мембране митохондрий локализована Н+-АТФаза, формирующая канал проницаемости для ионов водорода, по которому они проникают с внутренней поверхности мембраны на наружную.

Наличие гипотетических ворот у контактирующих клеток должно быть отмечено присутствием в области плотного соединения специфических белков. В настоящее время установлено в этой области клеток существование целой группы трансмембранных и цитозольных белков, взаимодействующих не только между собой, но и со структурами цитоскелета.

Первым белком, который был изолирован из плотного контакта, а затем изучен является окклюдин. Его название, в переводе с английского (occludin), указывает на его запирающую (закрывающую) функцию.

Впервые окклюдин был обнаружен в гепатоцитах цыплят , а позже в различных клетках многих видов экспериментальных животных . Он относится к мембранным белкам и состоит из четырех доменов. Окклюдин выполняет двойную роль: 1) интеграция всех компонентов плотного контакта; 2) барьерная функция. При этом особое значение в перечисленных процессах имеют ЛЛконцевой участок молекулы окклюдина и его домены, расположенные на поверхности внешней мембраны клеток. Что касается С-концевого участка окклюдина, то ему отводится регуляторная роль, обусловленная его возможностью взаимодействовать с другими белками плотного контакта, которые в свою очередь связаны со структурами цитоскелета.

Таким образом, взаимодействие плотного соединения с цитоскелетом и способность окклюдина к фосфорилированию дают возможность выполнять этим белком регуляторные функции.

Недавно в плотном контакте обнаружено новое семейство специфических белков-окклюдинов. Эта группа белков подобна окклюдину и содержит четыре предполагаемых домена. К настоящему времени количество изученных клаудинов насчитывает 15 разновидностей . Экспрессия клаудинов 1 и 2 в фибробластах, у которых в норме отсутствуют эти белки, показала, что они, наряду с окклюдином, играют значительную роль в процессах парацеллюлярного транспорта (рис. 6.4).

Считается, что клаудины наряду с кадгеринами отвечают за формирование связи Между однотипными эндотелиальными клетками.

Кроме трансмембранных протеинов, структуру плотного контакта обеспечивают также три цитозольных белка. Они получили название белков, связанных с плотными соединениями (tight junction associated proteins - TJAPs).

Электронно-микроскопические исследования поверхности сколов замороженных тканей показывают, что в этой области клетки опоясаны лентой клеточного контакта иногда называемой «зоной слипания» (zonula occludens). Подмембранный компонент в ней представлен микрофиламентами диаметром 4-7 нм. Отсюда наименование трех представителей TJAPs (ZO-1, ZO-2 и ZO-3).

Первым из трех TJAPs был выделен и идентифицирован белок ZO-1 . Оказалось, что половина А-концевой части

молекулы ZO-1 взаимодействует с С-концевой частью окклюди- на, а вторая половина - с F-актином цитоскелета. Аналогично ведет себя и молекула ZO-2: половина ее А-концевой части взаимодействует с окклюдином, однако вторая - с А-концевым участком ZO-1. И, наконец, ZO-3 взаимодействует с окклюдином и ZO-1. Следовательно, во взаимодействии TJAPs возможны только два комплекса (ZO-1-ZO-2 и ZO-1-ZO-3). Тройственный комплекс в этой системе возникать не может, так как не возникает взаимодействие ZO-2-ZO-3.

Взаимосвязь отдельных компонентов (белков) в составе плотного контакта соседних клеток представлена на рисунке 6.4 148].

Если плотный контакт действительно может избирательно пропускать необходимые молекулы, то этот процесс должен определенным образом регулироваться. Как и во всех иных биологических процессах это могут быть физиологическая, клеточная или молекулярная регуляции. Основным показателем этого явления считается напряженность (диффузионное сопротивление) плотного соединения, изменение силы которой влечет за собой регулирование скорости парацеллюлярного транспорта веществ.

На примере некоторых питательных веществ предполагается 151 ], что их парацеллюлярный перенос является альтернативным, а скорее всего дополнительным процессом в общей цепи пищеварения. Так после употребления пищи, содержащей значительные количества глюкозы и аминокислот, напряженность плотного контакта уменьшается, что приводит к повышению процента всасываемости этих нутриентов парацеллюлярным путем. Более того активация натрий-зависимой системы активного транспорта глюкозы (Глют 1) в значительной степени увеличивает парацеллюлярные процессы.

Не являются исключением гормоны и нейротрансмиттеры (вазопрессин, ангиотензин II, эпинефрин), увеличивающие па- рацеллюлярную биодоступность ряда веществ. Аналогичные свойства отмечены и для цитокинов .

Определены некоторые клеточные и молекулярные механизмы регуляции действия белковых структур плотного контакта. Значительную активность по отношению к плотному соединению проявляют вторичные мессенджеры и протеинки- назы, определяя функциональное состояние его барьерной активности. Конечным этапом молекулярной регуляции является фосфорилирование белков плотного контакта и его сокращение или расслабление в системе актин-миозин микрофиламентов. Наиболее чувствительным звеном в общем процессе регулирования функции плотного контакта является фосфорилирование окклюдина. Очевидно с этим процессом связано становление и развитие структурных и барьерных функций плотного контакта.

Найдены и исследованы ингибиторы парацеллюлярного транспорта веществ. Они включают: хелатные комплексы иона кальция (Са2+), желчные кислоты, анионные суфрактанты, жирные кислоты (средней длины), эфиры жирных кислот, фосфорные эфиры.

В опытах на изолированных из аденокарциномы человека монослойных клеток Сасо-2 было показано, что ингибиторы активности плотного соединения действуют в различных концентрациях (от 0,2 цМ карнитинпальмитила до 20 цМ желчных кислот). Механизмы действия этих веществ все еще остаются не выясненными. Существуют различные предположения, которые касаются определенной группы ингибиторов. Все они суммированы в обзорной статье и их механизм действия разбит на несколько биохимических направлений: 1) активация фосфолипазы С; 2) влияние на каскад тирозинкиназа-фосфата- за (ингибирование тирозинкиназы неселективными ингибиторами фосфатазы); 3) увеличение концентрации АТФ.

В связи с обсуждаемой проблемой данной главы, пожалуй, наиболее сложным является вопрос взаимодействия молекул клеточной адгезии и плотного контакта. Межклеточная адгезия определяется в своей основе мембранными белками, принадлежащими к классу кадгеринов (Е, Р и N). Все они являются кальций-зависимыми трансмембранными гликопротеинами.

В их молекулярной структуре обнаружен внеклеточный домен, непосредственно участвующий в межклеточном связывании. Однако он не стимулирует формирование полноценного межклеточного соединения, поскольку для этого необходима и цитоплазматическая часть кадгерина, связывающаяся с внутриклеточными белками из группы катенинов .

В эпителиальных клетках были идентифицированы три ка- тенина (а, Р и у). Межклеточные каналы полностью открыты при внутриклеточной концентрации Са2+ ниже КГ7 моль/л и полностью закрыты при концентрации ионов 5-Ю-5 моль/л. В случае повреждения или гибели клетки, с биологической точки зрения, она должна быстро отсоединиться от соседней. При этом происходит значительное повышение внутриклеточной концентрации ионизированного кальция. Он может поступать в клетку через поврежденную мембрану, а также накапливаться вследствие невозможности поврежденной клетки откачивать Са2+ из цитозоля . В свою очередь, хелатирование внеклеточного Са2+ может привести к усилению активности внутриклеточных протеинкиназ с последующим ускорением дезинте- гративных процессов межклеточных соединений. И, наоборот, уменьшение, с одной стороны, парацеллюлярной проницаемости и дезинтеграции межклеточных контактов, с другой, осуществляется низкими концентрациями внеклеточных ионов кальция, ингибирующих активность протеинкиназ, в частности тирозинкиназы.

Любой биологический процесс имеет относительную норму и отклонение (патологию). Не является исключением и барьерная функция плотного контакта. Предполагается, что некоторые воспалительные процессы кишечника обусловлены чрезвычайно высокой степенью парацеллюлярной проницаемости этой ткани. Низкая проницаемость легочной эпителиальной ткани приводит к некоторым аллергическим реакциям .

В отдельных местах между клетками могут встречаться обширные межклеточные зоны со щелью между соседними клетками шириной 10-20 нм (рис. 6.3). В этой области к мембране со стороны цитоплазмы прилегают микрофиламен- ты диаметром 6,0 нм .

В условиях щелевого контакта (gap junction), ионы кальция могут играть важную роль в процессах связывания. Высокие концентрации ионов кальция приводят к «закрытию» щелей.

Структура щелевых контактов детально изучена с помощью электронной микроскопии. Оказалось, что эта область устлана глобулярными белковыми субъединицами, которые расположены таким образом, что образуют правильные полигональные структуры решетчатого типа с периодом 10 нм. Они образуют своего рода канал с внешним диаметром 8 и внутренним - 2 нм. Глобулярные белки в области щелевых контактов получили название коннексонов. Каждый коннексон состоит из шести субъединиц - коннексинов. Они принадлежат к над- семейству белков, обеспечивающих клеточную адгезию. В результате соединения двух коннексонов образуется канал, связывающий близлежащие клетки. Такие соединения у различных видов животных могут иметь различные свойства. В настоящее время установлены гены, кодирующие структуру коннексинов.

Щелевой контакт, включающий соответствующий канал диаметром 1,5 нм пропускает вещества, имеющие небольшую молекулярную массу (неорганические ионы, сахара, аминокислоты, нуклеотиды, витамины). Они практически непроницаемы для белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов. Для АТФ и циклической АМФ отмечена возможность транспорта посредством щелевого контакта .

На наружной поверхности цитоплазматической мембраны находятся десмосомы - круглые, овальные и полусферические структуры, размер которых постоянен у разных клеток и равен в диаметре 0,2 нм (рис. 6.1, 6.5). Наряду с этим существуют клетки, лишенные десмосом. От десмосом вглубь цитоплазмы, каждой из контактирующих клеток на расстояние до 4 нм тянутся фибриллы.