www.pervomed.ru

двигательной активности ресничками слизистых эпителиев дыхательных путей и среднего уха при этой болезни приводит к застою слизи и задержке на ней микроорганизмов, которые в

норме выводятся вместе со слизью.

В результате больные страдают хроническими бронхитами (воспалениями дыхательных путей) и отитами (воспалениями среднего уха). Кроме того, мужчины с этой болезнью являются стерильными (бесплодными), так как сперматозоиды у них неподвижны - не способны двигаться по женским половым путям,

где происходит процесс оплодотворения яйцеклеток.
Синдром	Картагенера	характеризуется		situs	inversus
(обратным	расположением	в	внутренних	органов)	из-за
неподвижности ресничек			раннем эмбриогенезе,		когда

происходит поворот передней части зародыша направо. Кроме
того	нарушение	движения	ресничек	эпендимы	(клеток,

выстилающих центральный канал спинного мозга и желудочки головного мозга) приводит у больных детей к гидроцефалин (водянке головного мозга) и внутричерепной гипертензии (повышенному внутричерепному давлению).

Характерная черта COCA клетки - структурное единство, которое проявляется во взаимодействии всех ее элементов между собой. Конкретно, МФ могут образовывать пучки МФ, связываться со СФ и МТ. Аналогично, СФ могут взаимодействовать как друг с другом, так и с другими составляющими COCA: МТ и МФ. МТ также способны формировать пучки и более сложные комплексы (дублеты и триплеты МТ) и связываться с МФ и СФ.

Взаимодействуя друг с другом, элементы COCA обладают свойством образовывать связи с определенными интегральными (трансмембранными) белками плазмалеммы. Благодаря этому COCA представляет собой компонент единой субсистемы клетки - ее ПА, так как плазмалемма структурно связана не только с COCA, но и с гликокаликсом. Структурное единство ПА клетки определяет то, что эта субсистема осуществляет свои функции

как целостное формирование.

наверх

ФУНКЦИИ ПОВЕРХНОСТНОГО АППАРАТА КЛЕТКИ

Барьерно-транспортная функция ПА клетки обусловлена избирательным переносом ионов, молекул и надмолекулярных структур через ПА как в клетку, так и из клетки. Ведущую роль в осуществлении этой функции играет

плазмалемма.

Главным барьерным компонентом плазмалеммы является билипидный слой

(БЛС), который с обеих сторон представлен гидрофильными зонами (головки мембранных липидов), ограничивающими центральную гидрофобную зону (хвосты липидов обоих монослоев). Благодаря этому БЛС является мощным барьером для всех заряженных частиц и молекул, начиная с простых ионов (Н+, К+, Na+, Ca2+, Сl-, НСО3- и т.д.).

Гидрофобная зона БЛС не проницаема и для относительно крупных гидрофильных молекул (аминокислоты, моносахариды, нуклеотиды). Тем не менее, БЛС представляет собой не абсолютный барьер, а относительный -

www.pervomed.ru

через него способны диффундировать малые незаряженные молекулы, например, вода, кислород и диоксид углерода (углекислый газ).

БЛС является барьером и для гидрофобных молекул. С одной стороны, этому способствуют гидрофильные зоны по обе стороны БЛС, затрудняющие проникновение гидрофобных молекул в гидрофобную зону. С другой стороны, если такие молекулы попадают в БЛС, они «застревают» в его гидрофобной зоне, так как с обеих сторон этой зоны находится гидрофильная среда. Именно благодаря этому гидрофобные вещества в клетке имеют тенденцию накапливаться в клеточных мембранах, включая плазмалемму.

Таким образом, «барьерность» БЛС препятствует спонтанному, неконтролируемому проникновению в клетку абсолютного большинства молекул и всех ионов. В результате клетка получает возможность сохранить индивидуальность своей гиалоплазмы по отношению к внеклеточной среде. Эта индивидуальность определяется различиями концентраций многих ионов и молекул по разные стороны плазмалеммы, поэтому нарушение непрерывности БЛС приводит к тяжелым для клетки последствиям. На этом частично основан

механизм действия некоторых клеток иммунной системы, в частности,

натуральных киллеров, Т-киллеров (цитотоксических лимфоцитов) и

эозинофилов. Данные клетки, взаимодействуя с собственными изменившимися

клетками (раковыми или зараженными вирусом) или чужеродными клетками (клетками паразитических организмов), секретируют специфические белки

перфорины.

Перфорины встраиваются в БЛС плазмалеммы клетки-мишени и формируют в нем поры достаточно большого диаметра. Через эти поры начинают

диффундировать ионы и молекулы, находившиеся в неравновесном состоянии

из-за барьерных свойств БЛС.

Например, в клетку через поры поступают ионы Na+ и Сl-, но выходит К+. В результате этого в клетке возникает ионный дисбаланс, существенным

образом нарушающий ее функции. Кроме Na+ и Сl- в клетку начинает

интенсивно поступать вода, так как в гиалоплазме находится большое количество крупных молекул, не способных проходить через поры и представленных во внеклеточной среде в меньшем количестве или отсутствующих там. Проникновение воды в клетку, основанное на осмосе,

усиливает неблагоприятные эффекты ионного дисбаланса. Кроме того,

клетка увеличивается в объеме, попадая в состояние осмотического шока, и затем разрушается.

В настоящее время искусственно синтезированы литические пептиды, которые встраиваются преимущественно в плазмалемму клеток с измененным

цитоскелетом. К таким клеткам относятся раковые или пораженные

внутриклеточными паразитами (вирусами, бактериями, простейшими). Использование литических пептидов в медицине открывает возможности лечения опухолевых и ряда паразитарных болезней путем индукции лизиса изменившихся клеток организма.

Для нормальной жизнедеятельности клетка должна осуществлять регулируемый обмен молекул и частиц между внутриклеточной и внеклеточной средой, т.е. через ПА клетки. Этот обмен происходит несколькими способами: свободным транспортом, пассивным транспортом, активным транспортом и транспортом в мембранной упаковке.

Свободный транспорт (СТ), или простая диффузия, происходит через билипидный слой (БЛС) плазмалеммы. С этой точки зрения, СТ является второй стороной барьерных свойств БЛС. СТ это диффузия молекул через БЛС, подчиняющаяся фундаментальным физико-химическим законам с учетом структуры мембраны, через которую проникают транспортируемые молекулы.

СТ в виде потока молекул через БЛС возможен только при наличии градиента (разности) концентраций молекул но обе стороны БЛС. В таком случае возникает диффузионный поток, направленный по градиенту концентрации, т.е. из области высокой концентрации молекул в область более низкой концентрации.

Таким образом, СТ_осуществляется самопроизвольно за счет энергии самого градиента концентрации. Из этого следует, что он не требует затрат энергии со стороны клетки и прекращается при величине градиента, равной нулю (равновесное состояние). Скорость СТ зависит от абсолютной

величины градиента концентрации молекул чем она больше, тем выше скорость транспорта молекул.

С точки зрения законов физики, СТ направлен против градиента концентрации, поскольку параметр «градиент», в соответствии с первым законом Фика, определяется как отрицательная величина.

Барьерные свойства БЛС определяют то, что с физиологически значимой скоростью СТ подвергаются малые незаряженные молекулы. Биологически важными молекулами с такими параметрами являются вода, кислород и диоксид

www.pervomed.ru

углерода (CO2). Благодаря этому в клетки поступает определенное количество воды и кислорода, а из нее выводится избыток диоксида углерода, продукта энергетического обмена клетки. Таким образом, СТ представляет собой достаточно важный элемент транспортной функции ПА клетки.

Большинство молекул и ионы не способны свободно диффундировать через БЛС, находясь в определенных концентрациях во внеклеточной и внутриклеточной средах. Если это равновесное состояние нарушить, оно восстанавливается, но за счет диффузии не растворенных молекул и частиц,

амолекул растворителя воды, которая транспортируется через БЛС по

законам простой диффузии, в данном случае - осмоса.
Это свойство воды необходимо учитывать при введении лекарственных
препаратов в кровяное русло (внутривенном введении), так как плазма
крови имеет определенный ионный состав (баланс). Если вводим, препарат в
растворе с низкой концентрацией ионов Na__H СГ, которых много в плазме,
вода из плазмы начинает диффундировать в клетки крови, нарушая их
нормальные функции.
Особенно чувствительны к СТ воды эритроциты, так как они не имеют
способов противостоять данному виду транспорта. Благодаря этому введение
больших количеств		такого	гипотонического раствора			приводит к			гемолизу
(разрушению эритроцитов) из-за повышения в					них осмотического				давления
под действием поступившей воды.
Введение лекарственных препаратов в гипертопическом растворе,
содержащем более высокий уровень ионов или других веществ, чем в плазме
крови, вызывает СТ воды в противоположном направлении - _из_ клеток в
плазму. Следствием этого является уменьшение объема клеток (снижение
осмотического давления в них) с соответствующими нарушениями клеточных
функций. Такая ситуация наблюдается и при					гипергликемии			(повышенной
концентрации глюкозы в_плазме крови), характерной для						сахарного диабета.
Для избежания неблагоприятных последствий внутривенного введения
препаратов	необходимо		использование		изотонических			растворов,
осмотические параметры которых соответствуют таковым плазмы крови. На
практике обычно используют 0.9% водный раствор хлорида натрия								(NaCl) или
4,5-5% водный		раствор	глюкозы,	которые	называют		физиологическим

раствором.

Основным механизмом СТ молекул является высокая подвижность липидов в БЛС, которая обеспечивает молекулам небольшого размера возможность прохождения через гидрофобную фазу БЛС. Такая подвижность мембранных липидов приводит к образованию в БЛС гидрофильных пор диаметром до 2 нм.

Гидрофильные поры являются динамичными структурами - постоянно образуются и исчезают. В такой ситуации размер транспортируемых молекул становится очень важным параметром - чем мельче молекуда, тем больше

вероятность и скорость ее прохождения через БЛС.

В ряду одноатомных первичных спиртов наибольшей прониающей

способностью обладает метанол (СН3ОН), меньшей -

этанол (С2Н5ОН), слабой -

пропанол

(С3Н7ОН), а бутанол

(С4Н9ОН) практически не подвержен СТ из-за

достаточно крупного размера своих молекул. Вероятно, меньший размер

молекулы метанола по сравнению с этанолом является одной из причин более

тяжелых

последствий метаноловой

интоксикации

отравления метанолом,

чем

этаноловои интоксикации

(отравления этанолом), при употреблении этих

веществ в качестве спиртных напитков.

Среди молекул, подверженных СТ, важное значение в медицинском

отношении имеет

монооксид углерода

(СО, угарный газ), продукт неполного

сгорания

ряда

органических

веществ

и

топлива.

Этот

газ

транспортируется в клетки с более высокой скоростью,

чем

диоксид

углерода

(СО2), так как имеет меньшие размеры. При вдыхании монооксида

углерода создается высокий градиент его

концентрации,

поскольку

в

клетках он в норме отсутствует.

Попав в клетку, молекулы угарного газа прочно соединяются с атомами

железа

биологически

важных,

железосодержащих белков (гемоглобин

эритроцитов,

переносчики

электронов

в митохондриях любых клеток) и

блокируют процессы окисления, необходимые для существования клетки и

организма. Высокие концентрации монооксида углерода могут вызвать смерть

организма, поэтому предельно допустимая концентрация этого газа в

производственных помещениях не должна превышать 0,03 мг/л. Вдыхание

монооксида углерода в концентрации 0,2 мг/л допустимо в течение не более

20 мин.

вызывают

сероводород

(H2S, предельная допустимая

Аналогичные эффекты

концентрация 10 мг/м3) и

цианистый водород

(HCN, синильная

кислота,

предельно допустимая концентрация 0,3 мг/м3).

Пассивный

транспорт

(ПТ),

или

облегченная диффузия - это движение

молекул через

мембрану

с

помощью

мембранных белков. Такие белки

получили

www.pervomed.ru

название пассивных переносчиков, транспортеров или каналов. ПТ осуществляется по законам диффузии, т.е. при наличии электрохимического градиента (для ионов) или градиента концентрации (для незаряженных молекул).

Движущей силой этого вида транспорта является энергия самого градиента, поэтому ПТ, как и свободный транспорт, происходит по градиенту и прекращается при его величине, равной нулю (состояние равновесия). Таким образом, данный вид транспорта не требует энергетических затрат со стороны клетки.

Скорость ПТ зависит от величины электрохимического градиента транспортируемых молекул, повышаясь при ее увеличении. Однако после достижения определенной величины градиента скорость ПТ становится практически постоянной. Это определяется тем, что переносчики имеют пределы своей «пропускной» способности и их число в мембране всегда ограничено.

Тем не менее, скорость ПТ при прочих равных условиях выше скорости свободного транспорта. Причина этого - механизм переноса молекул и ионов, при котором они транспортируются через гидрофильную фазу, образуемую транспортером (каналом), а не через гидрофобную, как в случае свободного транспорта.

Скорость ПТ может быть высокой благодаря изменениям конформации

переносчика		в процессе осуществления его	функции. В результате она
может достигать величин порядка 10000 мол/сек через транспортер.
Путем	ПТ	через плазмалемму проходят,	как правило,	гидрофильные
молекулы	среднего размера (моно- и дисахариды, аминокислоты,			нуклеотиды)

и ионы (К+, Na+, Са2+, Сl, НСО3-, РО43-); существуют пассивные переносчики и для молекул воды. В большинстве случаев ПТ является высокоспецифичным - каждый переносчик транспортирует только определенные молекулы или ионы. Это определяется структурой переносчиков.

Каналы могут иметь своеобразные «фильтры» или «ворота», с помощью которых происходит селекция транспортируемых молекул по размеру и заряду. Кроме того, переносчик может иметь центры узнавания (связывания) определенных молекул. В этом случае достигается очень высокая специфичность транспорта, примером которой является переносчик глюкозы мембраны эритроцитов, транспортирующий D-стереоизомер, но не L- глюкозу.

Конкретная структура пассивных переносчиков разнообразна, однако при их формировании практически всегда реализуется канальный принцип строения. В составе транспортеров присутствуют трансмембранные домены, которые взаимодействуют друг с другом и образуют гидрофильный канал. При этом переносчик может быть представлен одним полипептидом, несколькими идентичными (гомомер) или неидентичными (гетеромер) полипептидами.

Примером монопептидного пассивного переносчика является Nа-канал ПА нейронов. Он

состоит из одного полипептида, содержащего около 1800 аминокислотных остатков, и включает
24	трансмембранных	альфа-спирали. Взаимодействие спиральных участков приводит к

формированию четырех трансмембранных доменов (по 6 альфа-спиралей в каждом), которые образуют канал для Na+. В активном состоянии он «пропускает» в нервную клетку ионы Nа+, в результате чего происходит деполяризация мембраны и возникает потенциал действия - основа возбудимости и проводимости нейронов.

Капнофорин, пассивный переносчик анионов Сl и НСОз в мембране эритроцитов, функционирует как гомодимер, в котором каждый полипептид формирует 3 трансмембранных домена с несколькими альфа-спиралями в каждом. Взаимодействие двух полипептидов приводит к образованию анионного канала, состоящего из 6 трансмембранных доменов. Основная функция капнофорина - перенос гидрокарбонат-ионов из эритроцитов или в эритроциты, что существенно облегчает транспорт СО2 из тканей в легкие.

Примером гетероолигомерного транспортера является пассивный переносчик ионов К и Na+ дендритных окончаний нейронов. Он включает 4 разных полипептида (α-, β-, γ- и δ- субъединицы), один из которых (α-субъединица) представлен в переносчике дважды. Каждая из субъединиц содержит 4 или 5 α-спиральных трансмембранных участка и, взаимодействуя с другими субъединицами, формирует канальную структуру, состоящую из 5 субъединиц. В активированном состоянии через канал, проходит поток ионов Na+, в результате чего на дендритe возникает потенциал действия, передаваемый с аксона другого нейрона.

Действие пассивных переносчиков и его регуляция обусловлены изменениями их конформации. В качестве активирующего сигнала могут выступать сами транспортируемые молекулы, для которых в переносчике имеется центр связывания. В такой ситуации транспортер будет активным только при наличии транспортируемых молекул. Если переносчик имеет регуляторный центр с одной стороны мембраны, это обеспечивает однонаправленный ПТ (или в клетку, или из клетки).

Примером саморегулирующихся пассивных переносчиков являются транспортеры глюкозы GluT, имеющие регуляторный центр в наружном, внеклеточном домене. При отсутствии глюкозы во внеклеточной среде GluT находится в стабильном, конформационно неактивном состоянии (канал закрыт).

www.pervomed.ru

Появившиеся молекулы глюкозы связываются регуляторным доменом, в результате чего переносчик изменяет свою конформацию и открывается канал для глюкозы. Такое состояние переносчика является метастабильным и обеспечивает перенос молекулы глюкозы через канал в гиалоплазму.

После выхода глюкозы из канала переносчик оказывается в неактивном, но нестабильном состоянии, из которого он сразу переходит в исходное стабильное неактивное состояние. Таким образом, GluT работает как осциллятор с тремя состояниями: стабильным (неактивным), метастабильным (активным, рабочим) и нестабильным (неактивным). Скорость работы такого

осциллятора достигает 1000 циклов в секунду.				может	служить	и
Сигналом	активации	пассивного	переносчика
специфическая нетранспортируемая молекула, для которой имеется соответ-

ствующий центр связывания (регуляторный центр). Такие переносчики называют хемочувствителъными, хемозависимыми или хеморегулируемыми.

Примером подобных транспортеров является ацетилхолинчувствительный Na/К -канал в мембране нервно-мышечных соединений или дендритных окончаний нейронов, контактирующих с окончаниями аксонов других нейронов.

Мышечный Na/K-канал состоит из 5 трансмембранных субъединиц (2α, β, γ и Ε). В мышцах плода канал содержит не Ε-, а γ-субъединицу. Наружные домены двух α-субъединиц имеют регуляторные центры, способные связываться с нейромедиатором ацетилхолином, благодаря чему данный переносчик называют ацетилинхолинчувствителъным, или ацетилхолинрецептивным.

Каждая субъединица содержит по 4 трансмембранных домена (Ml - М4). М2 всех субъединиц имеют одинаковую аминокислотную последовательность и, взаимодействуя друг с другом, формируют канальную часть переносчика Нейронный канал является тетра-или гексамером,

состоящим из равного числа α- и β-субъединиц (по две или по три).

При отсутствии ацетилхолина в синаптической щели ионный канал находится в закрытом, неактивном состоянии. При возникновении импульса в нейроне происходит секреция ацетилхолина в синаптическую шель, где нейромедиатор взаимодействует с регуляторными субъединицами ионных каналов, локализованных в мембране нервно-мышечного контакта или дендритных окончаниях второго нейрона.

Связывание ацетилхолина вызывает изменение конформации канала, в результате чего он переходит в открытое (активное) состояние. Активация канала обеспечивает поток Na+ в мышечное волокно или нейрон и

деполяризацию мембраны постсинаптической клетки в которой возникает нервный импульс (потенциал действия). Благодаря такому механизму нервный импульс передается в синаптическом контакте с нейрона на мышечное волокно или другой нейрон.

Ацетилхолинчувствительные каналы имеют центры связывания с			никотином
- веществом, содержащемся в табаке, которое увеличивает время открытого
состояния канала и тем самым - продолжительность и силу нервного
импульса. Именно на этом основан стимулирующий эффект табакокурения.
При высоких дозах никотина стимуляция прекращается из-за угасания
нервных импульсов - возникает стойкая деполяризация постсинаптической
мембраны, которая может привести к	тремору	(непроизвольному	дрожанию
мышц), рвоте и даже мышечному параличу со смертельным исходом.

В гликокаликсе синаптического окончания дендрита имеется фермент ацетилхолинэстераза, с помощью которой связанный переносчиком ацетилхолин разрушается через определенное время. Расщепление нейромедиатора приводит к возвращению канала в исходное закрытое конформационное состояние до тех пор, пока он не свяжет очередные молекулы ацетилхолина Таким образом, наличие ацетилхолинэстеразы обеспечивает импульсную работу ионного канала, которая прекращается после использования всего нейромедиатора в синаптической щели.

Ацетилхолинэстераза является тетрамерным белком, содержащим остатки цистеина (аминокислоты со свободной сульфгидрильной группой). После своей секреции в гликокаликсе этот фермент образует дисульфидные связи с молекулой коллагена (по молекуле фермента на

каждой из трех	цепей молекулы коллагена), закрепленной в	билилидном слое плазмалеммы рядом
с натриевым каналом.		регулироваться не только
Функции	хемочувствительных каналов могут

внеклеточными (внешними по отношению к клетке), но и внутриклеточными сигналами. Такие ионные каналы состоят из четырёх субъединиц с шестью трансмембранными доменами каждая и содержат цитоплазматические домены, способные связывать внутриклеточные регуляторные молекулы. В качестве внутриклеточных сигналов для подобных каналов служат молекулы

циклического АМФ или циклического ГМФ.

В ряде клеток, в частности, нервных и мышечных, сигналом активации пассивных переносчиков служит изменение мембранного электропотенциала (деполяризация мембраны). Такие переносчики получили название

потенциалчувствительных, потенциалзависимых или потенциалрегулируемых.

Вкардиомиоцитах (клетках сердечной мышцы) имеется большое число потенциал зависимых каналов для ионов Na. Он представлен крупным полипептидом, формирующим 4 трансмембранных домена, состоящих из шести трансмембранных и двух полуинтегральных альфа-спиральных участков.

Вкаждом домене имеется альфа-спиральный участок, содержащий 5-8

аминокислотных

остатков

с

положительно

заряженными

радикалами

www.pervomed.ru

(аргининовых и лизиновых). Именно эти аминокислотные последовотельности являются потенциалчувствительными - при изменении мембранного потенциала они изменяют свою конформацию, вызывая открывание или закрывание канала.

В состоянии покоя наружная мембрана (плазмалеммы) кардиомиоцитов поляризована и ее потенциал (потенциал покоя) составляет порядка - 80 МВД. Этот мембранный потенциал создается на фоне 1радиентов многих ионов и обеспечивает закрытое состояние почти всех ионных каналов, включая Naканалы.

Снижение потенциала до -70 МВД приводит к изменению конформации натриевых каналов за счет изменения положения заряженных радикалов аргинина и лизина, которыми обогащены трансмембранные участки, формирующие канал. Такое изменение конформации переводит канал в активное (открытое), состояние, что сопровождается мощным поступлением Na+ в клетки и быстрой (1-2 мс) деполяризацией мембраны до уровня +50 МВД.

При такой величине потенциала Nа+-каналы переходят в новое закрытое состояние, обозначаемое как инактивированные каналы. Реполяризация мембраны с помощью специальных переносчиков ионов вызывает переход инактивированного канала в исходное закрытое состояние.

В ходе деполяризации, вызванной потоком Na+, открываются другие ионные каналы, которые также являются потенциалзависимыми. Среди них есть Са2+-каналы, называемые L-каналами, которые обеспечивают поток ионов Са2+ из внеклеточной среды в кардиомиоциты. Увеличение концентрации Са2+ в периферической гиалоплазме вызывает ПТ этих ионов, но уже из полости эндоплазматической сети, и индуцирует сокращение кардиомиоцита. Таким образом, потенциалчувствительные Na-каналы обеспечивают деполяризацию мембраны кардиомиоцитов и активацию потенциалзависимых Са2+-каналов, что является решающим моментом для сокращения

сердечной мышцы.

Кроме потенциалзависимых Na+-каналов в мембране кардиомиоцитов имеются потенциалзависимые каналы для ионов К+ (быстро инактивирующиеся калиевые каналы, или А-каналы). Деполяризация, вызванная ионами Na+, активирует А- каналы и обеспечивает первую, быструю фазу реполяризации, необходимую для дальнейшего восстановления потенциала покоя и ионных градиентов с помощью

активного транспорта.

В нейронах потенциалзависимые каналы для ионов Na+ и К+ имеют внутренний «клапан» (m-ворота), формируемый определенными участками альфа-спиралей, и небольшой цитоплазматический глобулярный домен-«затычку» (h-ворота). На фоне потенциала покоя клапан закрывает канал, препятствуя пассивному току Na через него, причем затычка не блокирует канал. Канал в таком состоянии называют закрытым.

При изменении мембранного потенциала (возбуждении нейрона) происходит изменение конформации клапана и канал переходит в открытое состояние, обеспечивая прохождение иона в гиалоплазму и деполяризацию мембраны (потенциал действия). Дальнейшая деполяризация мембраны вызывает конформационное изменение затычки, которая закрывает канал со стороны цитоплазмы. В таком состоянии канал называют инактивированным.

Инактивация канала приводит к обязательному прекращению тока иона через определенное время после его начала, т.е. импульсную передачу нервных сигналов. Она также создает условие реполяризации мембраны восстановление потенциала покоя, которое обеспечивается специальными переносчиками ионов. При обратном изменении мембранного

потенциала	(реполяризации)		конформационные			изменения			клапана		и
затычки «снимаются» и канал возвращается в исходное (закрытое)											со
стояние - клапан закрыт, затычка не функционирует.
Известны наследственные патологии, причиной которых являются дефекты
структуры и функции		А-каналов в кардиомиоцитах.					Они	вызывают		нарушения
сократимости	миокарда	(сердечной		мышцы), приводящие к				гипертрофии сердца
(увеличению размеров этого органа).
В нейронах потенциалзависимые Na+-каналы обеспечивают возникновение и
проведение нервного импульса. Повышенная чувствительность таких каналов к
изменениям мембранного потенциала из-за наследственных изменений их
структуры является одной из причин развития							эпилепсии,			болезни,
характеризующейся судорожными припадками.						и				обладают
Химические	препараты		карбамазепин				дифенин
(противосудорожным)		действием		и	применяются		при		эпилептических
припадках, так как связываются с каналами на стадии их инактивации. Это
стабилизирует Na+-каналы в инактивированном состоянии, препятствуя
повторному возбуждению соответствующих нейронов и развитию припадков.
Действие ряда местных анестетиков					основано на том, что они играют роль

«затычки» натриевого канала нейронов, воспринимающих болевые ощущения. Инактивируя каналы, они препятствуют реполяризации мембраны и тем самым блокируют проведение импульсов по «болевым» нейронам в месте введения препарата.

Еще одним способом регуляции пассивных переносчиков (каналов) является

www.pervomed.ru

их фосфорилирование-дефосфорилирование с помощью протеинкиназ (фосфорилирование) и протеинфосфатаз (дефосфорилирование). Этот способ, кроме самостоятельного значения, может использоваться клеткой для инактивации хемочувствительных и потенциалчувствительных переносчиков

даже при наличии сигналов их активации.				ацетилхолиновые	никотин-
Примером	такой	регуляции	являются

чувствительные каналы мембран мышечных скелетных волокон (см. выше). Цитоплазматические домены их субъединиц могут фосфорилиро-ваться

различными протеинкиназами, после чего каналы				теряют	способность
связывать	ацетилхолин,	т.е.	десентизируются.	В	нейромышечной

синаптической щели имеется белок агрин, который вызывает объединение каналов в группы и тем самым стимулирует их фосфорилирование. Дефосфорилирование канала (восстановление его чувствительности к ацетилхолину) осуществляется с помощью специальной протеинфосфатазы 1D.

Для одной и той же транспортируемой молекулы (иона) может существовать несколько видов пассивных переносчиков (каналов). Так, в разных клетках млекопитающих (человека) обнаружены различные, хотя и гомологичные, пассивные переносчики глюкозы GtuT, которых выявлено уже около 10 вариантов.

Все GluT состоят из одного полипептида (500 аминокислотных остатков), включающего 12 трансмембранных доменов, 5 из которых формируют канал для молекул глюкозы, работающий по принципу осциллятора со скоростью до 1000 мол/сек.

Наиболее универсальный переносчик глюкозы, GluT2, обнаружен в плазмалемме клеток большинства органов и характеризуется увеличением скорости работы при повышении концентрации глюкозы в крови (внеклеточной среде).

GluTl специфичен для эндотелиальных клеток (клеток эпителия капилляров). Особенно много GluTl содержится в клетках капилляров мозга, что объясняется жесткой зависимостью энергетического обмена нейронов от глюкозы (неспособностью нейронов использовать в своем энергетическом обмене жирные кислоты и аминокислоты).

В нейронах мозга обнаруживается специфичный для них GluT3, который обладает самым высоким сродством к глюкозе. Благодаря этому он транспортирует в нейроны глюкозу даже при ее очень низких внеклеточных

концентрациях.

Наличие такого переносчика имеет огромное значение, учитывая зависимость нейронов от глюкозы как единственного источника энергетического обмена. Тем не менее, снижение концентрации глюкозы в крови в 2 раза (сильная гипогликемия) приводит к потере сознания

человеком через 10 сек, а через несколько минут такой гипогликемии

наступает смерть.

Уникальный переносчик GluT4 обнаружен в жировых и мышечных клетках. При нормальной концентрации глюкозы в крови его нет в плазмалемме данных клеток. При существенном увеличении концентрации глюкозы GluT4 появляется в их плазмалемме, в результате чего избыток глюкозы поступает в клетки,

где превращается в гликоген (скелетная мускулатура) или жир (жировые клетки).

Физиологическое значение GluT4 заключается в предотвращении им

длительной гипергликемии (повышенной концентрации глюкозы в крови),

которая вызывает симптомы сахарного диабета. Перемещение GluT4 из

цитоплазмы в ПА регулируется гормоном поджелудочной железы инсулином. Однако при наследственных изменениях структуры и функции GIuT4 сахарный

диабет развивается при нормальном количестве инсулина.

Такая форма сахарного диабета называется инсулиннезависимым сахарным диабетом (ИНЗСД), при котором введение больным инсулина является не только бесполезным, но и может вызвать неблагоприятные последствия, т.к.

этот гормон регулирует не только транспорт глюкозы в жировые и мышечные клетки.

Различные переносчики с одинаковой транспортной специфичностью могут присутствовать

даже в одной клетке. Например, в нейронах и кардиомиоципик обнаружено несколько каналов для ионов К, Один из них является потенциалчувствительным, активирующимся при деполяризации плазмалеммы, два других - хемочувствительными, но регулируемые разными сигналами (Са2+-зависимый К+-канал и АТФ-зависимый К+-канал). Наконец, четвертый вид К-каналов открыт постоянно, т.к. является нерегулируемым. Его функция заключается в ПТ ионов К+ из клетки при образовании их избытка.

ПТ и его регуляция имеют огромное медицинское значение, так как

нарушения параметров ПТ вызывают серьезные патологические состояния

организма.

Так, тетродотоксин, ядовитое вещество иглобрюха (рыбы фугу) и некоторых тритонов, обладает высоким сродством к потенциалзависимым Naканалам, входит в них и, закрывая просвет, блокирует их активность. В

результате этого использование в пищу рыбы фугу, если она не приготовлена

особым способом, приводит к блоку возникновения и проведения нервных

www.pervomed.ru

импульсов, заканчивающихся летальным исходом. Эффект ряда местных

анестетиков обусловлен их способностью блокировать эти же каналы сходным

с тетродотоксином образом.

(действующее начало яда кураре, которым

Растительные алкалоиды курарины

индейцы смазывали наконечники стрел) связываются с

Na/K-каналом

постсинаптической мембраны мышечных клеток, инактивируют его и вызывают

блок нейромышечной передачи импульса.

При попадании кураринов в кровь (ранение стрелой) человек погибает от

паралича

мышц. Аналогичным способом действует и

бунгаротоксин,

белок

обнаруженный в яде змей семейства кобр.

который встраивается в

Яд

паука

каракурта

содержит

латротоксин,

билипидный слой плазмалеммы и формирует нерегулируемый кальциевый канал.

Если латротоксин поражает нейроны, поток ионов Са2+

индуцирует мощный

выброс нейромедиаторов в синаптическую щель, вызывающий сильное

возбуждение на постсинаптической мембране.

При этом пресинаптический нейрон теряет активность из-за дефицита

нейромедиаторов, секретируемых им в огромном количестве под действием

латротоксина. После укуса каракуртом у человека развиваются

судороги

(результат сильного возбуждения), затем -

параличи

(результат

нейромедиаторного истощения нейронов). Характерным симптомом

действия

латротоксина

являются

и

галлюцинации

(возникновение

ощущений

и

образов

без адекватных им раздражителей).

Латротоксин относится к веществам, способным к ПТ ионов, - ионофорам.

Включение ионофоров в плазмалемму клетки изменяет ее ионный

баланс,

что, в свою очередь, вызывает гибель клетки. Именно на этом основано

действие

некоторых

антибиотиков -

антибактериальных

препаратов,

используемых в медицине.

Так, антибиотиком-ионофором является циклический пептид валиномицин.

Встраиваясь

в бактериальную мембрану,

он транспортирует

по

градиенту

ионы

К+,

двигаясь в мембране, как челнок. Исчезновение градиента К+

является губительным для клеток бактерий.

Аналогичным способом действует антибиотик грамицидин. Две молекулы

грамицидина встраиваются друг за другом в мембрану бактерий и формируют

неподвижный канал, через который пассивно проходят ионы К+.

При использовании таких антибиотиков лля лечения бактериальных инфекций следует помнить, что они способны встраиваться во внутреннюю мембрану митохондрий и формировать протонные каналы, т.e. пассивно транспортировать катионы водорода и тем самым нарушать работу этих органоидов.

Активный транспорт (AT) это движение молекул и ионов против градиента концентрации (в биологическом понимании градиента) и, с этой точки

зрения, он противоположен свободному и пассивному транспорту. Как и
пассивный транспорт, AT осуществляется с помощью				белков-переносчиков,
которые в данном случае называют		активными	переносчиками, насосами		или
помпами.	с законами	диффузии, AT не может происходить
В соответствии
спонтанно, самопроизвольно. Благодаря этому осуществление AT требует
затрат энергии. По виду используемой энергии, различают 2 вида AT:
первичный AT и вторичный АТ.		тем, что	активные переносчики,		или
Первичный AT	характеризуется

насосы, используют энергию АТФ непосредственно. С биохимической точки зрения, такие _насосы являются АТФазами, т.е. имеют каталитический домен, в котором происходит присоединение и расщепление АТФ. В ходе связывания, гидролиза и удаления продуктов расщепления АТФ активный переносчик

циклически	изменяет		свою	конформацию,	что	и	позволяет	ему
транспортировать молекулы или ионы против градиента концентрации.
Вторичный	AT	основан	на	том, что переносчик		использует не энергию

гидролиза АТФ, а энергию градиента других молекул (ионов), которые он способен транспортировать пассивно, по градиенту концентрации. Пассивный транспорт вызывает изменение конформации такого переносчика, которое и обеспечивает AT другого типа молекул. Так как создание соответствующих градиентов сопряженно с гидролизом АТФ другими насосами, AT за счет энергии градиентов является вторичным по отношению к AT путем прямого гидролиза АТФ, т.е. первичному AT.

AT, как и пассивный, характеризуется высокой специфичностью в отношении транспортируемых молекул. Это определяется наличием в переносчике центров связывания определенных молекул или ионов. Как и пассивные переносчики,

насосы представляют	србой	белковые канальные структуры,	функционирующие
за счет изменения своей конформации.			создавать и
Наличие насосов	в	плазмалемме позволяет клетке

поддерживать электрохимические градиенты молекул или ионов по обе ее стороны. Эта функция определяет зависимость работы активных переносчиков

www.pervomed.ru

от градиента - скорость транспорта снижается по мере создания определенной величины градиента, при которой функционирование насоса прекращается.

Некоторые насосы-АТФазы в условиях превышения этой величины способны работать как пассивные переносчики, снижая значение градиента до необходимых параметров. При этом в условиях эксперимента пассивный транспорт через насос превращает АТФазу в АТФ-синтазу -

переносчик начинает катализировать не гидролиз АТФ, а его синтез		плазмалеммы,
Создание градиента ионов приводит к	поляризации

формированию потенциала покоя, что необходимо для функционирования нейронов и мышечных клеток. Благодаря этому данные клетки обладают свойством возбудимости, способностью к формированию потенциала действия за счет пассивного транспорта ионов по фадиенту, созданному с помощью насосов. Кроме того, пассивный поток ионов используется рядом клеток для осуществления вторичного AT молекул, необходимых для жизнедеятельности клеток (моносахариды и аминокислоты). Наконец, AT необходим и используется клеткой с целью вывода опасных для нее химических соединений.

Примером универсального для всех эукариот первичного активного переносчика плазмалеммы является Са-насос, или Са-АТФаза. Он транспортирует ионы Са2+ из периферической гиалоплазмы за пределы клетки, расщепляя при этом молекулы АТФ.

Структурная основа Са2+-насоса - крупный полипептид (1220 аминокислотных остатков) с несколькими альфа-спиральными трансмембранными доменами и сложным цитоплазматическим доменом, локализованным в периферической гиалоилазме. Собственно Са-насос функционирует в виде гомодимера, состоящего из двух таких полипептидов. Цитоплазматический домен насоса содержит 4 разных центра: Са2+-связывающий (транспортный), АТФазный (каталитический), кальмодулинсвязывающий (регуляторный) и фосфорилируемый (регуляторный).

При достижении определенного уровня Са2+ в периферической гиалоплазме ионы связываются транспортным центром насоса и изменяют его конформацию. Это приводит к активации каталитического центра - он связывает и гидролизует АТФ. Действие каталитического (АТФазного) центра, в свою очередь, вызывает изменение конформации насоса, благодаря чему Са2+, связанный в гиалоплазме, выводится во внеклеточную среду. В таком режиме работы осуществляется транспорт одного иона Са24 на одну молекулу АТФ со скоростью 1000 циклов/мин.

Эта скорость может увеличиваться при активации протеинкиназы А, которая фосфорилирует цитоплазматический домен насоса и стимулирует этим его работу Данный вариант фосфорилирования является обратимым - насос может дефосфорилироваться с помощью протеинфосфатазы, что приводит к снижению скорости его работы.

Если концентрация Са2+ в периферической гиалоплазме достаточно велика, происходит усиление активности насоса. В этом случае Са2+ связывается не только насосом, но и регуляторньш белком кальмодулином, с образованием активного комплекса Са-калъмодулин. Данный комплекс присоединяется к соответствующему регуляторному центру цитоплазматического домена насоса и изменяет его конформацию.

Взаимодействие Са2+-кальмодулина с насосом резко (в 20 раз) увеличивает сродство транспортного центра к ионам Са2+ и активность каталитического, АТФазного, центра в 2 раза.

В результате этого скорость AT Ca2+ достигает 2000 ионов/мин и клетка избегает кальциевой перегрузки.

В некоторых случаях концентрация Са2+ периферической гиалоплазмы может стать очень высокой. В такой ситуации возникает реальная угроза гибели клетки из-за интенсификации Са2+-зависимых процессов (например, деполимеризации микротрубочек) или образования нерастворимых солей, в частности, фосфата кальция. Для предотвращения такой угрозы в клетке существует фермент кальпаин, который активируется ионами Са2+ при их высокой концентрации. По своей функции, кальпаин является протеинкиназой, с помощью которой фосфорилируется цитоплазматический домен Са-насоса и существенно интенсифицируется его работа.

Фосфорилирование кальпаином представляет собой необратимый процесс, приводящий к потере насосом способности регулироваться. Однако оно вызывает необратимое и резкое усиление активности насоса (скорости вывода ионов Са2+ из клетки), которое позволяет за короткое время нормализовать концентрацию Са в периферической гиалоплазме и предотвратить неблагоприятные последствия кальциевой перегрузки.

Кроме Са2+-насоса, плазмалемма зукариотических клеток содержит насосы и с другой ионной специфичностью, например, протонный насос, или H+-АТФазу.

С медицинской точки зрения, интересен активный переносчик (АТФаза)

гликопротеин Р. У человека (и других млекопитающих) он обнаружен в

клетках почек, надпочечников, печени и кишечника. Функцией этого насоса является вывод из клетки вредных, токсичных для нее химических соединений, к каковым относятся и определенные лекарственные препараты.

Гликопротеин Р - крупный гликозилированный полипептид с двенадцатью	альфа-
спиральными трансмембранными доменами, формирующими канальную структуру, и	двумя

сходными по структуре и функциям цитоплазматическими доменами с центрами связывания и гидролиза АТФ (АТФазными центрами)

В тканях, содержащих клетки с гликопротеином Р, нередко возникают

www.pervomed.ru

опухоли, которые очень плохо поддаются лечению химическими препаратами,
т.е. обладающие устойчивостью одновременно к широкому спектру
цитостатиков		(препаратов, прекращающих рост опухолей). В этих случаях
раковые	клетки		содержат	необычно	большое	количество	молекул
гликонротеина Р в плазмалемме. Благодаря этому цитостатики, попавшие в
опухолевые клетки, очень быстро выводятся из них, не успев оказать
терапевтического действия.
Одной из причин такой лекарственной устойчивости раковых клеток может быть
амплификация	(увеличение числа копий) гена, кодирующего структуру гликопротеина Р в

опухолевых клетках. Такая возможность продемонстрирована экспериментально при изучении механизмов лекарственной устойчивости некоторых опухолевых клеток у мышей.

Возникнув в одной раковой клетке, амплицированный ген передается другим опухолевым клеткам, образующимся из исходной путем ее деления при росте опухоли. В результате этого лекарственную устойчивость приобретают многие клетки данной опухоли, что делает ее не чувствительной к цитостатикам.

Транспорт (как пассивный, так и активный), при котором переносчик функционирует только в отношении молекул или ионов одного вида, получил название унипорт. Кроме унипорта, существует сопряженный транспорт, или копорт, при котором переносчик способен транспортировать одновременно более одного вида молекул (ионов). Такие переносчики называют

сопряженными переносчиками, или копортерами.

Различают 2 варианта копорта: симпорт и антипорт. При симпорте различные молекулы (ионы) транспортируются переносчиком в одном направлении, а при антипорте направления транспорта разных молекул (ионов) являются противоположными. При этом механизм транспорта молекул (ионов) разного вида может не совпадать, т.е. для одного вида он может быть пассивным, а для другого - активным. С этой точки зрения, вторичный AT относится к категории копорта в варианте симпорта.

Примером такого вида транспорта является реабсорбция (обратное всасывание) глюкозы и аминокислот из первичной мочи, осуществляемое нефроцитами (клетками почечных канальцев). Этот процесс предотвращает потери организмом ценных для него органических соединений, в результате чего вторичная моча, выводящаяся из организма, в норме практически не содержит глюкозы и аминокислот.

Глюкоза реабсорбируется с помощью переносчиков, локализованных в плазмалемме нефроцитов. Эти сопряженные переносчики способны к пассивному транспорту ионов Na+, который сопровождается переносом глюкозы в том же направлении, что и ионов Na+. Таким образом, для транспорта глюкозы симпортный переносчик использует энергию градиента Na.

В первичной моче концентрация Na всегда выше, чем в цитоплазме клеток эпителия почечных канальцев, что обеспечивается работой активных переносчиков Na+ в этих же клетках. Глюкоза, попавшая в первичную мочу при фильтрации плазмы крови в почечных клубочках, связывается соответствующим симпортером (его наружным доменом). Взаимодействие с молекулой глюкозы активирует Na-канал этого переносчика, в результате чего происходит пассивный транспорт ионов через этот канал.

Поток ионов Na+ обеспечивает изменение конформации сопряженного переносчика и транспорт глюкозы в том же направлении, что и Na+. При этом глюкоза транспортируется всегда в клетки почечных канальцев вне зависимости от ее относительных концентраций в первичной моче и цитоплазме клеток канальцев, т.е. может транспортироваться активно, против градиента собственной концентрации. Именно это позволяет реабсорбировать практически всю глюкозу из первичной мочи, снижая пищевую потребность в этом моносахариде.

Аналогичные натриевые симпортеры глюкозы и аминокислот функционируют в клетках тонкой

кишки, где они обеспечивают максимальное всасывание этих					веществ,	образовавшихся в
процессе пищеварения. Кроме симпортного вторичного AT глюкозы, в клетках осуществляется и
пассивный унипорт этого моносахарида с помощью переносчиков семейства GluT.
Реабсорбция глюкозы в почках имеет важное физиологическое значение,
предотвращая развитие гипогликемии (пониженного уровня глюкозы в крови).
При снижении концентрации глюкозы в крови до 0,2 мг/мл у человека
развиваются	гипогликемические судороги.			Если в такой ситуации не ввести
глюкозу, тяжелая гипогликемия может привести к летальному исходу.
С другой стороны, система обратного транспорта глюкозы в почечных
канальцах функционирует таким образом, что препятствует развитию
гипергликемии,		вызывающей	симптомы	сахарного	диабета.		Скорость
реабсорбции глюкозы в почках имеет предельную величину порядка 350
мг/мин. Благодаря этому избыток глюкозы в первичной моче не
реабсорбируется, а выводится с вторичной мочой.
Наличие глюкозы во вторичной моче,				глюкозурия, является следствием
гипергликемии и служит диагностическим признаком сахарного диабета.
Глюкозурия	может транзитно		наблюдаться и у		здоровых	людей, если

www.pervomed.ru

концентрация глюкозы в венозной крови достигает 2 мг/мл. Этот уровень
обозначают как		почечный порог для глюкозы.
Причиной	глюкозурии может быть не только гипергликемия, но и
нарушения реабсорбции глюкозы. В частности, ее вторичный AT в почечных
канальцах может быть подавлен некоторыми химическими веществами,
например, флоридзином.
Известны и наследственные нарушения реабсорбции глюкозы, врожденная
глюкозурия.	При этом заболевании человек является предрасположенным к
гипогликемии	из-за хронической потери глюкозы, выводящейся с вторичной
мочой. Соответственно, такие больные должны получать с пищей
достаточное		количество	углеводов	для	предотвращения	развития
гипогликемии.

Аналогичная система почечной реабсорбции существует и для аминокислот. Известно 7 различных систем вторичного AT аминокислот, работающих на основе симпорта с ионами Na+. При этом один и тот же переносчик способен транспортировать разные аминокислоты, имеющие сходную пространственную конфигурацию.

В частности, имеется Nа+-симпортер для кислых аминокислот (глутаминовой и аспарагиновой), для основных аминокислот (аргинина, лизина и орнитина) и 5 разных переносчиков нейтральных аминокислот: цистина и цистеина; пролина, оксипролина и глицина, глицина; фенилаланина, лейцина, изолейцина, триптофана и метионина; таурина, β-аланина и γ-аминомасляной кислоты

(ГАМК).

Наследственные дефекты структуры и функции таких симпорте-ров приводят к аминоацидурии (наличию аминокислот во вторичной моче). Примером такой

наследственной болезни является цистинурия, причиной которой является нарушение вторичного AT цистеина и ряда других аминокислот. Особенность

этой аминоацидурии заключается в том, что на фоне повышенной концентрации цистеина в моче развивается нефролитиаз - формирование цистеиновых "камней" в почках. Это приводит к серьезным нарушениям функций мочевыделительной системы. В частности, характерным симптомом цистинурии

(нефролитиаза) является гематурия (моча с кровью).

Сопряженный транспорт (копорт) может осуществляться в виде первичного AT, т.е. с помощью насосов-АТФаз. Таким активным переносчиком является Nа/К -насос (Na/К -АТФаза), который функционирует, транспортируя ионы Na+ и К+ в противоположных направлениях и против градиентов их концентраций. С этой точки зрения, Na+/К+-АТФаза осуществляет первичный активный антипорт Na+ и К+.

Na+/K+-нacoc является универсальным трансмембраиным (интегральным) компонентом нлазмалеммы практически всех эукариотических клеток. Он представляет собой сложную белковую структуру, активную в комплексе с молекулами холестерола и фосфатидилсерина. В составе насоса обнаруживают 3 разных белковых субъединицы (α , β и γ), по 2-4 субъсдиницы каждого тина.

АТФазной активностью обладает цитоплазматический домен β-субъединицы, трансмембранный

домен которой формирует канальную систему	для транспорта Na+и К. Структура и		локализация
β-субъединицы в БЛС таковы, что гидролиз АТФ		ее цитоплазматическим доменом приводит к
AT Na из клетки, а К+ - в клетку.	молекулу	АТФ) выводится 3 иона Na+	и вводится 2
При этом на один рабочий цикл (одну

иона К+, т.е. данный насос является электрогенным. Таким образом, работа Β-субъединицы не только формирует два разнонаправленных градиента ионов (Na+ больше во внеклеточной среде, К+ - в гиалоплазме), но и приводит к поляризации плазмалеммы (избыток катионов с ее наружной стороны).

Созданный насосом электрохимический градиент Na используется клетками для вторичного AT или создания потенциала действия (возбуждения) в нервных и мышечных клетках. Скорость работы насоса может достигать 100000 циклов/мин.

Как оказалось, α - и γ-субъединицы насоса не имеют отношения к активному антипорту Na+ и К+. Взаимодействуя между собой и с β-субъединицей, они формируют канальные системы, через которые в клетку транспортируются глюкоза и аминокислоты. Эта система активируется изменением конформации β -субъединицы, те. при AT ионов Na+ и К+, сопряженном с гидролизом

АТФ.Интенсивность работы Na/К-насоса может быть изменена действием
определенных химических веществ, и эту особенность используют в
медицинской	практике.			Так,	для		усиления	сердечных	сокращений
(сократительной		функции		кардиомиоцитов) используют сердечные гликозиды
(например,	препараты			растения		наперстянки),		которые		подавляют
активность Na/К-насоса.					вызывает		гипополяризацию		плазмалеммы
Ингибирование		и,	насоса
кардиомиоцитов			в	свою	очередь, накопление в них ионов Са,
используемых для сокращения клеток сердечной мышцы. Однако препараты
наперстянки одновременно нарушают функции желудочно-кишечного тракта и
органа зрения.		анестетиков,			используемых при хирургических					операциях
Действие	ряда
для обезболивания и наркоза, основано на том, что они, встраиваясь в
билипидный	слой	плазмалеммы			нейронов,		усиливают	интенсивность работы
Na+/K+-Hacoca. Это			приводит		к	гиперполяризации		плазмалеммы		и, как

следствие, блоку возникновения и проведения болевых нервных импульсов.

www.pervomed.ru

Известны наследственные болезни, причина которых - изменение
активности Na/K-АТФазы. Овалоцитарная анемия,				или овалоцитоз,		обусловлена
усиленной активностью насоса, число единиц которого в эритроцитах
достигает 600. Дефицит ионов Na+ в эритроцитах вызывает СТ молекул воды в
плазму крови, в результате чего эритроциты изменяют свою форму -
становятся овальными.		наследственных	формах	ожирения	обнаруживается
При	некоторых
пониженная активность Na+/K+-нacoca. Одним из объяснений этой корреляции
является то, что для работы насоса требуется большое количество молекул
АТФ (около 30% всей клеточной АТФ). Если насос работает постоянно с
меньшей интенсивностью, затраты АТФ существенно снижаются. Это, в свою
очередь,	приводит к	уменьшению	масштабов	энергетического		обмена в

клетках и возникновению избытка глюкозы в организме. Одним из способов утилизации этого избытка является трансформация глюкозы в жиры, которые

депонируются в клетках жировой ткани, вызывая симптомы ожирения.

Кроме антипортных АТФаз существуют и пассивные антипортные переносчики. Такой вид сопряженного транспорта осуществляет, например, анионный переносчик, или капнофорин, обнаруживаемый в большом количестве в мембране эритроцитов. Данный переносчик способен к ПТ ионов Сl-, НСО3-, НРО42- и SO22-, однако наибольшую специфичность он проявляет в отношении антипорта Сl- и НСО3-. Огромное количество молекул капнофорина в плазмалемме эритроцитов обусловлено тем, что они обеспечивают эффективный транспорт диоксида углерода.

Капнофорин представляет собой крупный (порядка 96 кДа) полипептид, включающий несколько грансмембранных альфа-спиральных участков, формирующих анионный канал. Цитоплазматический домен переносчика имеет центры связывания с белками цитоскелета, гемоглобином и ферментами гликолиза. Наружный домен капнофорина гликозилирован - содержит углеводные компоненты, которые являются антигенными детерминантами нескольких систем групп крови В мембране эритроцитов анионный переносчик представлен в виде гомодимеров,

количество которых составляет около 50 тыс., причем каждый протомер димера обладает способностью к антипорту анионов со скоростью до 50000 циклов в секунду.

Образовавшийся в тканях диоксид углерода очень быстро (3-4 мс) диффундирует в плазму крови и путем СТ проникает в эритроциты. Только 8% молекул газа транспортируется к легким в растворенном виде плазмой крови. Поступивший в эритроциты диоксид углерода частично связывается молекулами гемоглобина и транспортируется к легким в связанной форме. Основное количество газа (80%) превращается в анион НСО3 (гидрокарбонатанион).

В эритроцитах содержится фермент карбоангидраза, который катализирует реакцию взаимодействия диоксида углерода с молекулами воды, в результате чего образуется угольная кислота (СО2 + Н2О -> Н2СО3). Угольная кислота в водном растворе ершу диссоциирует на протон и гидрокарбонат-анион (Н2СОз -> Н+ + НСОз-). Образующиеся протоны взаимодействуют с молекулами оксигемоглобина, способствуя диссоциации от него кислорода, после чего кислород диффундирует в плазму крови и ткани. Таким образом, диссоциация угольной кислоты и протонирование гемоглобина приводят к увеличению концентрации иона НСОз- в гиалоплазме

эритроцитов.

Накапливающиеся в эритроците гидрокарбонат-анионы быстро выводятся по градиенту концентрации в плазму крови с помощью капнофорина. Этот антипортер фактически обменивает каждый гидрокарбонат-анион на анион Сl, так как концентрация Сl в плазме крови выше, чем в гиалоплазме эритроцитов. Анионы НСО3- транспортируются плазмой крови в легочные капилляры, где вновь с помощью капнофорина попадают в эритроциты, обмениваясь на ионы Сl, где на основе обратной реакции трансформируются в диоксид углерода.

Появление в эритроцитах гидрокарбонат-аниона приводит к депротонированию гемолобина, после чего он приобретает способность присоединять молекулы кислорода, превращаясь в оксигемоглобин. Освободившиеся протоны взаимодействуют с НСОз-, в результате чего образуется угольная кислота, которая с помощью той же карбоангидразы расщепляется на молекулы воды и диоксида углерода.

Диоксид углерода свободно диффундирует через БЛС плазмалеммы

эритроцитов в плазму крови, откуда через стенки легочных капилляров и альвеол (легочных пузырьков) поступает в легкие и удаляется при выдохе.

Таким образом, в легочных капиллярах протекают процессы, обратные происходящим в тканевых капиллярах, что обеспечивается обратимостью Функционирования анионного антипортера капнофорина и эритроцитарного фермента карбоангидразы.

Карбоангидраза представлена и в плазмалемме эпителиальных клеток легочных капилляров, так что превращение НСОз- в СO2 может осуществляться и без транспорта гидрокарбонат-аниона в эритроциты - непосредственно в плазме крови, проходящей через капилляры легких.

СТ, ПТ	и	AT	подвержены частицы	и молекулы	малых и	средних размеров.
При этом	СТ	и	ПТ осуществляются	по законам	диффузии	- протекают «по

градиенту концентрации». Благодаря этому, эти два вида транспорта часто объединяют общим названием «пассивный транспорт», подразделяя его на

простую диффузию и облегченную диффузию. AT не подчиняется законам

www.pervomed.ru

диффузии, протекая «против градиента концентрации», и поэтому требует энергетических затрат со стороны клетки. Рассмотренные механизмы транспорта не могут обеспечить поступление в клетку или вывод из нее крупных органических соединений, макромолекул типа биополимеров, не говоря о более сложных, надмолекулярных структурах. Эта проблема решается с помощью принципиально иного вида транспорта, осуществляемого

ПА клетки.

Транспорт в мембранной упаковке, или цитоз, характеризуется тем, что на определенных его стадиях транспортируемые вещества находятся внутри мембранных пузырьков, т.е. окружены мембраной, имеют мембранную упаковку. По направлению транспорта в отношении клетки, различают 3 вида цитоза: эндоцитоз (транспорт в клетку), экзоцитоз (транспорт из клетки) и

трансцитоз, или диацитоз (транспорт через клетку).

Эндоцитоз может осуществляться различными механизмами, в связи с чем

выделяют 3 его варианта: фагоцитоз, макропиноцитоз и микропиноцитоз. При данных вариантах эндоцитоза транспортируемое вещество при поступлении в клетку окружается участком плазмалеммы и оказывается в цитоплазме внутри мембранного пузырька.

Фагоцитозу подвергаются крупные молекулы и частицы, размер которых составляет 1 мкм и более. В результате фагоцитоза формируется мембранный пузырек с транспортируемой частицей, который называют фагосомой. Образование фагосомы является сложным процессом, требующим затрат энергии

со стороны	клетки -	при дефиците АТФ в	клетке фагоцитоз не
осуществляется.		собой вид индуцируемого	транспорта, зависящий
Фагоцитоз	представляет

от взаимодействия фагоцитируемой частицы с определенными компонентами ПА клетки. Такое специфическое взаимодействие (узнавание) - обеспечивается наличием в составе ПА клетки набора определенных интегральных белков или гликопротеинов, получивших название рецепторов фагоцитоза. Эти рецепторы связывают соответствующие им участки фагоцитируемой частицы - детерминанты фагоцитоза. Таким образом, фагоцитозу подвергаются только те частицы, которые содержат на своей поверхности детерминанты, узнаваемые рецепторами фагоцитоза в ПА данной клетки.

Первый этап фагоцитоза представляет собой опосредованное рецепторами распознавание клеткой фагоцитируемой частицы. Разнообразие рецепторов у данной клетки может быть большим, но доказано, что фагоцитируется не любая крупная частица. Этап распознавания (взаимодействие «рецептордетерминанта») является энергонезависимым, т.е. протекает без затрат АТФ клеткой.

Связывание рецепторами соответствующих детерминант индуцирует второй этап фагоцитоза - формирование фагосомы. Данный этап является АТФзависимым и блокируется в условиях дефицита этого макроэрга. Образование фагосомы не происходит и при действии на клетку цитохалазинов, которые вызывают деполимеризацию актиновых МФ. Оба факта указывают на участие в формировании фагосомы АМС. Фагосома образуется путем формирования выростов ПА клетки - псевдоподий (ложноножек), которые обволакивают фагоцитируемую частицу со всех сторон.

В основе этого процесса лежит взаимодействие клеточных рецепторов с детерминантами фагоцитоза на частице, благодаря чему псевдоподии перемещаются по частице и смыкаются над ней. В результате такого движения, механизм которого называют «застежкой молнии», фагоцитируемая частица оказывается внутри сформировавшейся фагосомы.

Условием нормального протекания фагоцитоза является достаточное количество детерминант, расположенных по всей поверхности фагоцитируемой частицы. Если это условие не выполняется (например, детерминанты сконцентрированы в одном районе частицы), фагоцитоз может начинаться, но не завершается образованием фагосомы. Такая ситуация обозначается как незавершенный фагоцитоз, или абортивный фагоцитоз. Незавершенный фагоцитоз наблюдается и в

том случае, если клетка пытается фагоцитировать структуру очень большого размера, сравнимого с размером самой клетки.

У высших многоклеточных организмов, включая человека, способностью к фагоцитозу в норме обладают только определенные клетки, в первую очередь, клетки иммунной системы. Высокой фагоцитарной активностью характеризуются 2 вида лейкоцитов: нейтрофилы и макрофаги, которые объединяют термином «фагоциты». Кроме них, ограниченной способностью к фагоцитозу обладают эозинофилы (вид лейкоцитов) и В-лимфоциты. Осуществлять фагоцитоз могут и клетки, не относящиеся к иммунной системе. Это свойство обнаружено, в частности, у эндотелиоцитов (клеток эпителия капилляров) и нефроцитов (клеток эпителия почечных канальцев).

На основе фагоцитоза осуществляется защитная функция организма. Вопервых, фагоциты способны уничтожать чужеродные клетки, например, бактериальные, обеспечивая один из элементов защиты от инфекционных заболеваний. Аналогичная ситуация характерна и для чужеродных макромолекулярных токсинов (ядов), фагоцитоз которых препятствует

www.pervomed.ru

отравлению организма. Во-вторых, фагоциты могут уничтожать состарившиеся, изменившиеся или поврежденные клетки собственного организма. Так, у

человека макрофаги ежедневно избавляют организм от								100 млрд,
эритроцитов, утративших свои функции.
Дефекты фагоцитоза у человека приводят к иммунодефицитным состояниям
организма - повышенной чувствительности к бактериальным и вирусным
инфекциям.	Наследственные			формы	таких	аномалий		вызывают
предрасположенность		к	хроническим		инфекционным		заболеваниям.		В

частности, известна наследственная аномалия, в результате которой

фагоциты теряют способность к фагоцитозу из-за дефекта АМС. Люди с такими дефектными фагоцитами имеют повышенную чувствительность к инфекционным болезням.

Блок фагоцитоза может быть обусловлен и наследственными дефектами рецепторов, узнающих антигенные детерминанты бактериальных клеток или

вирусов. Эта особенность приобрела свое значение в эволюции некоторых паразитических микроорганизмов. В ходе естественного отбора их поверхностные детерминанты (антигены) видоизменяются таким образом, что

не узнаются рецепторами фагоцитоза. В результате такие микробы избегают взаимодействия с фагоцитами и становятся сильно патогенными для

организма, в котором они паразитируют.

Внутриклеточные паразиты (вирусы, бактерии, простейшие) используют фагоцитоз как способ проникновения в клетке организма-хозяина. В таких

случаях они способны блокировать внутриклеточные механизмы своего уничтожения, которые существуют в фагоцитирующей их клетке.

Макропиноцитоз - это процесс эндоцитоза отдельных макромолекул, размеры которых составляют десятые доли мкм. Как и фагоцитоз, макропиноцитоз является АТФ-зависимым, однако этот вариант эндоцитоза не требует участия АМС. В частности, цитохалазины, разрушающие актиновые МФ и тем самым блокирующие фагоцитоз, не оказывают влияния на процесс макропиноцитоза.

Для инициации макропиноцитоза, как и фагоцитоза, необходимо взаимодействие транспортируемой макромолекулы с высокоспецифичными к ней рецепторами, рецепторами макропиноцитоза. Благодаря этому макропиноцитоз называют также опосредуемым рецепторами эндоцитозом, хотя участие рецепторов универсальная характеристика всех вариантов эндоцитоза. Исключением является жидкостнофазный эндоцитоз - неспецифическое, пассивное включение низкомолекулярных внеклеточных веществ в формирующийся с помощью рецепторов мембранный пузырек.

Макропиноцитоз происходит в специализированных участках ПА клетки, так называемых окаймленных ямках, суммарная площадь которых составляет около 2% площади ПА. Окаймленные ямки представляют собой небольшие и неглубокие впячивания плазмалеммы, в которых сконцентрированы рецепторы макропиноцитоза. В периферической гиалоплазме ямок находится большое количество молекул белка клатрина, взаимодействующих с мембранными белками и формирующих клатриновое окаймление ямки.

На первом этапе макропиноцитоза, этапе узнавания, происходит связывание транспортируемых макромолекул специфичными к ним рецепторами. При этом высокая концентрация рецепторов именно в ямках позволяет связать большое количество соответствующих макромолекул в одной ямке. В результате концентрация молекул в ямках превышает концентрацию этих же молекул вне ямок более чем в 1000 раз.

Таким образом, концентрирование рецепторов макропиноцитоза в ямках резко увеличивает эффективность этого вида транспорта на фоне его высокой селективности. Как и в случае фагоцитоза, первый этап макропиноцитоза является АТФ-независимым.

Связывание большого количества транспортируемых молекул рецепторами служит сигналом для формирования мембранного пузырька, макропиносомы. Конкретно, происходит активация специфической протеинкиназы, с помощью которой осуществляется фосфорилирование белков окаймления ямки клатринов, для чего используются молекулы АТФ. Фосфорилированные клатрины приобретают способность к полимеризации, взаимодействуют друг с другом и белками плазмалеммы в ямке. В частности, к цитоплазматическому домену рецепторов макропиноцитоза присоединяется белок адаптин, с которым и связываются клатрины.

Сложная структура клатринов такова, что в результате их полимеризации формируется жесткая клатриновая сферическая структура с шестиугольными ячейками. Так как полимеризующиеся клатрины связаны с мембранными белками, ямка сначала углубляется, а затем «превращается» в мембранный пузырек диаметром порядка 150 нм.

Завершение полимеризации клатрина приводит к отделению от ПА клетки

www.pervomed.ru

мембранного пузырька, внутри которого находятся связанные рецепторами макромолекулы. Снаружи такой пузырек (макропиносома) покрыт «клатриновой шубой» - сферической структурой с шестиугольными ячейками, образованной полимеризовавшимися молекулами клатрина. Благодаря этому, макропиносомы на данной стадии называют окаймленными пузырьками. Поскольку полимеризация клатрина требует участия протеинкиназы, использующей в качестве донора фосфатных групп молекулы АТФ, процесс формирования окаймленных пузырьков является АТФ-зависимым и не происходит в условиях дефицита АТФ.

Таким образом, и фагоцитоз, и макропиноцитоз требуют затрат АТФ со стороны клетки, однако механизмы использования этих макроэргов различны. Кроме этого, с формальной точки зрения, фагоцитоз осуществляется путем «выпячивания» участка ПА клетки, тогда как макропиноцитоз реализуется на основе «впячивания» участка ПА клетки.

После формирования окаймленного пузырька происходит удаление его клатринового окружения с помощью фермента «раздевающей» АТФа-зы. Она, гидролизуя молекулы АТФ, деполимеризует клатрины, которые возвращаются в периферическую гиалоплазму новых окаймленных ямок. Таким образом, и этот этап макропиноцитоза является АТФ-зависимым.

Дальнейшая судьба макропиносомы определяется тем, что в ее мембране оказывается большое число рецепторов, попавших в нее при формировании пузырька. Количественные оценки указывают на присутствие в окаймленной ямке около 1000 рецепторов разной специфичности. Кроме того особенностью макропиноцитоза является то, что он осуществляется клетками практически непрерывно. В частности, наиболее активные в этом отношении клетки за 1 мин эндоцитируют приблизительно 3% площади своего ПА, т.е. за 30 мин способны «поглотить» почти весь ПА. Это создает две общеклеточных проблемы: постоянное сокращение площади ПА и возникновение дефицита рецепторов макропиноцитоза в ПА.

Обе эти проблемы решаются благодаря тому, что в клетках существуют особые мембранные цистерны, которые называют «цистернами спасения». Они локализуются в гиалоплазме района окаймленных ямок. В составе мембраны цистерны спасения и макропиносомы имеются белки слияния (фузионные белки, фузогены), которые вызывают слияние мембран макропиносомы и цистерны спасения. В результате этого образуется единая мембранная структура, внутри которой оказывается транспортируемые молекулы, связанные с рецепторами макропиноцитоза. Слияние мембран макропиносомы и цистерны спасения происходит с участием ацилпротеинов Rab4 и Rab5, которые

обладают функциями ГТФаз.	протонные насосы (Н+-АТФазы),
В мембране цистерны спасения имеются
которые постоянно «закачивают» в полость	цистерны ионы водорода, так что

вней создается кислая среда (рН = 5-6). В такой среде происходит

диссоциация транспортируемых макромолекул и рецепторов, в результате чего рецепторы становятся свободными. Свободные рецепторы концентрируются в определенном участке мембраны цистерны, из которого формируется мембранный пузырек с рецепторами. Этот пузырек отшнуровывается от цистерны спасения и встраивается в ПА клетки путем слияния с плазмалеммой.

Таким	образом, наличие цистерны спасения обеспечивает, с одной
стороны,	возвращение	эндоцитированных	рецепторов	в	ПА	клетки,

рециклирование рецепторов. С другой стороны, так как рециклирование рецепторов осуществляется с помощью мембранных пузырьков, клетка восстанавливает и площадь ПА, уменьшающуюся при эндоцитозе. Считается, что аналогичный механизм возврата рецепторов может функционировать и при фагоцитозе.

Что касается транспортируемых макромолекул, они выводятся из цистерны спасения внутри другого мембранного пузырька. Этот транспортный пузырек отшнуровывается от цистерны спасения и направляется с помощью ТТС по своему назначению - сливается с определенными эндомембранами с помощью ГТФазы Rab7.

С помощью макропиноцитоза в клетку постоянно поступают определенные олиго- и полимеры, используемые в различных целях. Некоторые из них расщепляются в лизосомах до мономеров, которые необходимы в процессах биосинтеза, другие выполняют свои специфические регуляторные функции. Таким же путем в клетки транспортируются и некоторые биологически важные низкомолекулярные вещества, не имеющие специфических пассивных или активных переносчиков в плазмалемме. В частности, с помощью макропиноцитоза в клетки поступают ионы железа Fe3+, необходимые, например, для энергетического обмена, происходящего в митохондриях.

Вплазме крови ионы Fe3+, поступившие из пищи, связываются специальным белком

трансферрином. В ПА клеток имеются рецепторы трансферрина, специфически связывающие

www.pervomed.ru

комплекс трансферрин-Fe3+ и тем самым индуцирующие макропиноцитоз в его обычном варианте. После попадания в цистерну спасения ионы Fe3+ в кислой среде диссоциируют от трансферрина, который в данных условиях остается связанным со своим рецептором и вместе с ним возвращается в ПА клетки.

Здесь, во внеклеточной (менее кислой) среде, трансферрин отсоединяется от своего рецептора, вновь приобретает способность связывать Fe3+ и включается в новый цикл макропиноцитоза. Таким образом, в данном случае цистерна спасения обеспечивает рециклирование не только рецепторов трансферрина, но и самого железо-связывающего транспортного белка.

Макропиноцитозом во все клетки организма транспортируется холестерол. Хотя клетки обладают способностью к самостоятельному синтезу холестерола, основная его масса секретируется гепатоцитами (клетками печени) в виде особых комплексов - липопротеидов низкой плотности (ЛНП). ЛНП представляют собой мембранные пузырьки диаметром порядка 22 нм, стенка которых образована монослоем фосфолипидов. В полости такого пузырька содержится до 1500 молекул ацилхолестерола (эфира холестерола и жирной кислоты), составляющих сердцевину ЛНП.

В липидном монослое ЛНП имеется молекула интегрального белка с наружным доменомдетерминантой, которую могут связывать специфические рецепторы ЛНП, расположенные в плазмалемме клеток. При достаточном количестве холестерола в клетке число таких рецепторов в ПА минимально. Однако если у клетки возникает потребность в холестероле, она индуцирует синтез рецепторов ЛНП и их встраивание в плазмалемму. Рецептор ЛНП, оказавшись в ПА клетки, связывает своим наружным доменом белковую детерминанту ЛНП, и образовавшийся комплекс «плавает» в БЛС плазмалеммы до тех пор, пока не попадет в окаймленную ямку.

Оказавшись в окаймленной ямке, комплекс «ЛНП-рецептор ЛНП» индуцирует макропиноцитоз, опосредуемый клатрипами, и поступает в цистерну спасения, где происходит диссоциация ЛНП и рецепторов ЛНП. Рецепторы ЛНП рециклируются, а ЛНП в составе пузырьков попадает в лизосомы путем слияния мембран этого органоида и грансиортного пузырька. Здесь ацилхолестерол сердцевины гидролизуется, и образовавшиеся молекулы холестерола выводятся из лизосомы в гиалоплазму.

В настоящее время обнаружено более 25 различных рецепторов, способных индуцировать макропиноцитоз. Наследственные дефекты таких рецепторов

приводят к двум важным для клеток и организма последствиям. Во-первых, в

такой ситуации возникает внутриклеточный дефицит определенных веществ, необходимых клетке для нормального осуществления своих функций. Вовторых, эти вещества начинают накапливаться во внеклеточной среде, что также, как правило, нарушает нормальные функции клеток и организма.

Наследственные аномалии трансферрина (эндоцитируемого белкапереносчика железа) приводят к внутриклеточному дефициту ионов Fe3+ и, как следствие, к резкому снижению уровня энергетического обмена в митохондриях, проявляющегося дефицитом АТФ. В результате этого

усиливаются процессы гликолиза с образованием большого количества

молочной кислоты, токсичной для большинства клеток, в первую очередь мышечных и нервных.

Так как ионы Fe3+ являются необходимым компонентом гемоглобина,

наследственные дефекты рецепторов трансферрина (или самого трансферрина)

могут быть одной из причин железодефицитной анемии (нарушения функции

эритроцитов, обусловленного недостатком в них ионов Fe3+).

Наследственные нарушения структуры и функций рецепторов ЛНП вызывают повышение концентрации холестерола (ЛНП) в плазме крови, особенно если, большое количество стерола поступает с пищей. При определенных условиях

это приводит к формированию на стенках кровеносных сосудов специфических

липоидных «бляшек». Образование большого количества таких бляшек в

кровеносных сосудах является причиной серьезного заболевания атеросклероза.

Опосредованный рецепторами эндоцитоз используется некоторыми вирусами как способ проникновения в клетки хозяина. Такие вирусы имеют наружную оболочку в виде БЛС, содержащего специфические вирусные белки. Одни из

этих белков обеспечивают взаимодействие с соответствующими белками (рецепторами) ПА клетки-мишени, а другие - слияние БЛС вирусной оболочки

и плазмалеммы клетки.

В простейшем случае, после взаимодействия с рецепторами ПА клетки белки слияния вызывают встраивание вирусной оболочки в плазмалемму. В результате этого "раздетый" вирус попадает сразу в гиалоплазму и тем

самым избегает контакта с лизосомами, способными разрушить как его белковый капсид, так и его генетический материал (ДНК или РНК). Именно таким способом проникает в клетки вирус иммунодефицита человека (ВИЧ),

или вирус синдрома приобретенного иммунодефицита (вирус СПИД),

специфически поражающий определенную популяцию Т-лимфоцитов.

В более сложном случае, «мембранные» вирусы подвергаются обычному макропиноцитозу и оказываются в цистерне спасения. Здесь низкая рН

активирует белки слияния вируса, и вирусная мембрана встраивается в

мембрану цистерны спасения. В результате вирус уже без мембранной

оболочки попадает непосредственно в гиалоплазму и, избежав контакта с лизосомой, продолжает свой жизненный цикл, нарушающий жизнедеятельность

www.pervomed.ru

зараженной им клетки. Таким способом происходит поражение клеток вирусом гриппа и, возможно, вирусом СПИД.

Опосредованный рецепторами эндоцитоз можно использовать в терапевтических (лечебных) целях для введения лекарственных препаратов в

определенные клетки. С этой целью препарат «упаковывают» в искусственный мембранный пузырек, липосому. В БЛС липосомы встраивают фузионные белки

и интегральные белки с определенными детерминантами. Структура этих

детерминант такова, что они взаимодействуют с рецепторами только тех клеток, в которые должен попасть препарат.

Введенные в организм липосомы ведут себя аналогично вирусам с мембранной оболочкой - их содержимое оказывается в гиалоплазме только определенных клеток. Например, если клетки опухоли имеют в своем ПА

специфические белки, в такие клетки с помощью липосом можно вводить препараты, останавливающие деление раковых клеток (цитостатики) или

вызывающие гибель опухолевых клеток.

Микропиноцитоз представляет собой вариант эндоцитоза, предназначенный для транспорта макромолекул относительно небольшого размера, составляющего сотые доли мкм. Как правило, микропиноцитозу подвергаются белковые молекулы. Формально он сходен с макропиноцитозом - для его индукции необходимо взаимодействие транспортируемой молекулы с соответствующим рецептором ПА клетки и транспортный пузырек формируется путем впячивания участка плазмалеммы с этими рецепторами.

Однако образование микропиносомы осуществляется без участия клатринов, с помощью которых происходит формирование макропиносомы. Благодаря этому, микропиноцитоз является АТФ-независимым и протекает со значительно более низкой скоростью, чем макропиноцитоз. Более того, скорость микропиноцитоза зависит от температуры - уменьшается при ее снижении и

увеличивается при повышении.			данного		варианта	эндоцитоза
Вероятно,	скоростные	параметры
определяются	степенью	жидкостности	БЛС	плазмалеммы.		Еще	одной

особенностью микропиноцитоза является то, что образующиеся микропиносомы не контактируют с цистерной спасения, т.е. для них не характерно рециклирование рецепторов с ее помощью.

Способностью к микропиноцитозу обладают далеко не все клетки организма. Данный вид транспорта характерен для эпителиальных клеток, в частности эндотелия капилляров и эпителия слизистых оболочек, покрывающих полости внутренних органов (кишечник, носоглотка, легкие, мочеполовые пути).

Судя по всему, спектр белков, способных подвергаться микропиноцитозу, невелик; достоверно известно, что так транспортируются антитела определенной структуры (иммуноглобулины А). Фактически, микропиноцитоз не является самостоятельным видом цитоза, а представляет собой начальный этап

особого типа транспорта в мембранной упаковке трансцитоза.

Экзоцитоз - это вид транспорта в мембранной упаковке (цитоза) при котором образовавшиеся в клетке вещества выводятся во внеклеточную среду. При этом на той или иной стадии экзоцитоза транспортируемые молекулы оказываются внутри мембранных пузырьков, экзоцитозных пузырьков. Таким образом, экзоцитоз можно рассматривать как процесс, противоположный эндоцитозу.

В типичном варианте экзоцитоза мембранные пузырьки, содержащие вещества, подлежащие выводу из клетки, формируются в цитоплазме. Как правило, их образование связано с функциями мембранных клеточных органоидов (комплекса Гольджи и эндоплазматической сети). Такие экзоцитозные пузырьки транспортируются к ПА клетки, где происходит слияние их мембраны с плазмалеммой. В результате мембрана экзоцитозного

пузырька становится частью плазмалеммы, а его содержимое	либо
компонентами гликокаликса, либо компонентами внеклеточной среды	со

своими специфическими функциями. По своим механизмам и биологическому значению, выделяют 2 варианта экзоцитоза: конститутивный экзоцитоз и индуцируемый экзоцитоз.

Конститутивный, или нерегулируемый, экзоцитоз является универсальным вариантом транспорта в мембранной упаковке, т.е. характерен практически для всех типов клеток многоклеточного организма. В этом случае сформировавшийся в цитоплазме экзоцитозный пузырек с помощью ТТС перемещается к ПА клетки, и этот этап требует энергетических затрат в виде АТФ. Достигнув периферической гиалоплазмы, пузырек вступает своей мембраной в контакт с участком плазмалеммы. Детали этого процесса недостаточно ясны, тем не менее, очевидно, что в месте контакта должны происходить (или уже имеются) специфические изменения COCA (цитоскелета) - его локальная дезинтеграция.

www.pervomed.ru

Механизмы контакта также изучены недостаточно. Вероятно, в этот процесс вовлечены специальные белки слияния (фузогены). Кроме того известно, что районы слияния плазмалеммы с экзоцитозным пузырьком содержат большое количество молекул холестерола. Так или иначе, в зоне контакта происходит слияние участков обеих мембран и мембрана экзоцитозного пузырька входит в состав плазмалеммы.

Мембрана пузырька содержит разнообразные липиды, включая гликосфинголипиды, интегральные, полуинтегральные и периферические белки, часть которых представлена гликопротеинами. Таким образом, с помощью конститутивного экзоцитоза происходит постоянное обновление, регенерация двух основных компонентов ПА клетки - плазмалеммы и гликокаликса. В этом и заключается общеклеточная роль конститутивного экзоцитоза.

В ряде клеток, например, фибробластах (клетках рыхлой соединительной ткани), остеобластах (клетках костной ткани) и хондробластах (клетках хрящевой ткани) по пути конститутивного экзоцитоза могут выводиться синтезируемые в клетках элементы внеклеточного матрикса - компонента соединительных тканей.

Индуцируемый, или регулируемый, экзоцитоз является менее универсальным процессом, чем конститутивный экзоцитоз. Он характерен для клеток, выполняющих секреторную функцию, поэтому цитозные пузырьки в данном варианте экзоцитоза называют секреторными пузырьками, или секреторными гранулами.

Сформировавшиеся в цитоплазме секреторные пузырьки направляются с помощью ТТС, как правило, к специализированным участкам ПА клетки. В этих зонах сконцентрированы фузионные белки (белки слияния) синтаксин и нейрексин, поровые белки и определенное количество пассивных переносчиков ионов Са2+. Достигнув зоны экзоцитоза, секреторные пузырьки окружаются сетью актиновых МФ, взаимодействуя с ними белками синапсином и спектрином, прекращают свое движение и фиксируются в периферической гиалоплазме. При постоянном образовании секреторных пузырьков происходит их накопление до определенного количества, а «избыточные» пузырьки разрушаются в цитоплазме с помощью лизосом.

Такая ситуация определяется тем, что для осуществления индуцируемого (регулируемого) экзоцитоза, или секреции, необходим определенный внеклеточный сигнал. Его отсутствие и приводит к накоплению секреторных пузырьков. Функциональное значение такого сигнала заключается в том, что с его помощью активируются пассивные переносчики Са2+, работа которых необходима для данного вида экзоцитоза.

Сигнал секреции трансформируется в ПА клетки или путем изменения конформации соответствующих ему рецепторов, или путем изменения мембранного электропотенциала плазмалеммы. Так или иначе, сигнал, полученный клеткой, вызывает активацию пассивных переносчиков ионов Са2+. Это приводит к локальному повышению концентрации Са2+ в периферической гиалоплазме, что и является внутриклеточным сигналом, запускающим все дальнейшие этапы экзоцитоза.

Во-первых, происходит Са2+-зависимая активация определенных протеникиназ, которые катализируют фосфорилирование белков цитоскелета и тем самым вызывают локальную разборку его элементов. Во-вторых, осуществляется дезинтеграция сети МФ, оплетающей секреторные пузырьки, которые в_ результате этого приобретают подвижность. В-третьих, секреторные пузырьки взаимодействуют с актомиозиновыми комплексами, которые «подтягивают» пузырьки к плазмалемме, обеспечивая контакт белков слияния обеих мембран.

Белки слияния плазмалеммы (см. ранее) и секреторного пузырька -синаптобревин и синаптогамин - взаимодействуют друг с другом и обеспечивают формирование фузионной поры, соединяющей полость секреторного пузырька с внеклеточной средой. Пора образуется при взаимодействии поровых белков плазмалеммы с белками мембраны секреторного пузырька синаптофизинами при участии ГТФазы Rab3A, встроенной в мембрану пузырька.

Высокая концентрация Са2+ в периферической гиалоплазме активирует АМС, в результате чего содержимое пузырька «выдавливается» из него за пределы

клетки - происходит акт секреции. Таким образом, при		индуцируемом
(регулируемом) экзоцитозе затрат энергии	(АТФ) требует не		только
процесс передвижения секреторных пузырьков к	ПА клетки	(работа	ТТС),
но и сам процесс секреции (работа протеинкиназ и АМС).

В отличие от конститутивного экзоцитоза, при индуцируемом экзоцитозе мембрана секреторного пузырька не всегда становится участком плазмалеммы. Например, в нейронах с секреторной функцией после завершения экзоцитоза нейромедиаторов белки слияния секреторных пузырьков и плазмалеммы изменяют свою конформацию и контакт между ними исчезает. В результате этого «опустошенные» секреторные пузырьки отсоединяются с помощью клатринов и по ТТС возвращаются в цитоплазму, где вновь заполняются нейро-медиаторами.

Таким образом, оба варианта экзоцитоза являются АТФ-зависимыми и осуществляются с помощью ТТС. Благодаря этому они блокируются действием на клетку ингибиторов синтеза АТФ и агентов, вызывающих деполимеризацию МТ. Кроме того, индуцируемый экзоцитоз - Са2+-зависимый процесс, требующий участия АМС. В этом случае некоторые агенты, деполимеризующие

www.pervomed.ru

F-актин, способны индуцировать секрецию, разрушая сеть МФ, окружающую секреторные пузырьки, и стимулируя процесс слияния пузырьков с штазмалеммой.

Блок конститутивного экзоцитоза приводит к драматическим последствиям для клетки, так как она утрачивает механизм обновления (регенерации) важнейших компонентов плазмалеммы и гликокаликса. В

результате этого клетка быстро «стареет» и погибает.				вызывают
Дефекты	индуцируемого	(регулируемого)	экзоцитоза
серьезные	нарушения	нейрогуморальной	регуляции	функций

многоклеточного организма. При этом причиной регуляторных аномалий могут быть как гипофункция (пониженная активность), так и гиперфункция (повышенная активность) соответствующих секреторных

клеток.

Воснове гипофункции секреторных клеток могут лежать различные причины, в том числе и наследственного характера. Как правило, гипофункциональная патология обусловлена дефицитом секретируемых молекул (наследственные дефекты структуры ферментов синтеза гормонов и медиаторов) или аномалиями их структуры (наследственные нарушения структуры пептидных гормонов). Тем не менее, вполне возможны генетические дефекты белков, принимающих участие в секреции соответствующих гормонов и медиаторов (рецепторы экзоцитоза, пассивный переносчик ионов Ca2+, белки слияния и т.н.).

Врезультате таких изменений возникает дефицит секретируемых молекул не в самой секреторной клетке, а во внутренней среде организма, что также вызывает нарушение протекания и регуляции жизненно важных для организма процессов. Таким образом, наследственные дефекты индуцируемого экзоцитоза могут быть одной из причин

гипофункции секреторных клеток.

Примером гипофункциональной секреторной аномалии может служить

несахарный диабет,

обусловленный

дефицитом

антидиуретического гормона

(АДГ). АДГ образуется в определенных нейронах

гипофиза

и

накапливается в составе секреторных пузырьков, локализующихся в

окончаниях аксонов.

При

возникновении

потенциала действия

в

этих

нейронах происходит секреция АДГ. Под действием АДГ осуществляется

реабсорбция воды

из первичной мочи в клетки эпителия почечных

канальцев. При нарушении секреции АДГ процесс реабсорбции

подавляется, в результате чего образуется большее, чем в норме,

количество вторичной мочи.

Следствием этого является повышение диуреза, проявляющегося в

частом выделении больших количеств мочи -

полиурии.

В отличие от

сахарного диабета, при несахарном диабете выделяемая больными моча не

содержит избытка глюкозы и аминокислот, так как процессы их

реабсорбции осуществляются другими механизмами. Секреция АДГ

подавляется

этанолом,

поэтому после приема значительных доз алкоголя

также происходит усиление диуреза.

(тироксина,

Уменьшение степени

секреции

тиреоидных гормонов

трийодтиронина) клетками щитовидной железы приводит к развитию

гипотиреоза.

Особенно опасны наследственные формы этой болезни, так

как дефицит

этих гормонов в раннем детском возрасте

вызывает

кретинизм -

сильную задержку физического и умственного развития.

Это обусловлено тем, что тиреоидные гормоны усиливают процессы

синтеза РНК (транскрипцию) и белка (трансляцию), увеличивая

интенсивность основного обмена веществ. Характерным симптомом

врожденного гипотиреоза является маленький рост больных, поскольку

тиреоидные гормоны

стимулируют

действие

гормона роста

на

процесс

удлинения костей.

Гинофункциональные состояния секреторных клеток, как правило, излечиваются путем введения в организм соответствующих «дефицитных» молекул. В частности, при полиурии (усиленном диурезе), обусловленной дефицитом АДГ, больному вводят его аналоги (десмопрессин или липрессин). Введение самого АДГ в фармакологических дозах вызывает сокращение всей гладкой мускулатуры организма и приводит к повышению артериального давления, кишечным коликам, а иногда - к летальному исходу вследствие спазма коронарных (сердечных) артерий.

Для лечения гипотиреоза применяют введение тиреоидных гормонов, причем при наследственных формах данной болезни необходимо применять гормонотерапию как можно раньше, желательно сразу после рождения больного ребенка. В противном случае уже в раннем возрасте у больных гипотиреозом происходят необратимые изменения нейронов головного мозга, что может привести к полной идиотии (самой тяжелой форме умственной отсталости).

Гиперфункция секреторных клеток также может иметь наследственные причины. Тем не менее, частой причиной аномалий подобного типа является возникновение опухолей - при раковом перерождении секреторной клетки процесс индуцируемой секреции может стать

нерегулируемым, конститутивным.

С другой стороны, перерождение клетки, не связанной с секрецией

данных молекул, может приводить к возникновению у нее способности к синтезу и секреции не свойственных ей веществ. В обоих случаях

возникает избыток определенных молекул, что проявляется как

www.pervomed.ru

гиперфункция соответствующих секреторных клеток.

В частности, клетки диссеминированного (рассеянного) рака легких,

могут синтезировать и секретировать АДГ. В результате этого

происходит усиление реабсорбции воды в почечных канальцах

с

симптомами

олигурии

(пониженный диурез). Избыток воды в организме

вызывает неблагоприятные осмотические явления во внутренней среде,

поэтому больным необходимо ограничивать потребление воды, а в острых

случаях -

вводить

гипертонический раствор хлорида натрия.

Естественно,

при избытке АДГ возможны его неблагоприятные эффекты, обусловленные

сокращением гладкой мускулатуры организма. Секреция АДГ может

стимулироваться и различными химическими веществами, например,

никотином.

секреторных

клеток

щитовидной

железы

вызывает

Гиперфункция

патологическое состояние

гипертиреоз, причиной которого является избыток

тиреоидных гормонов. Одной из причин гипертиреоза, или тиреотоксикоза,

являются опухоли щитовидной железы, например,

фолликулярный рак

щитовидной

железы,

нередко проявляющиеся в виде

зоба,

или

струмы.

Патологическая гиперсекреция тиреоидных гормонов приводит к резкому

усилению основного обмена, при котором существенно

увеличивается

скорость расщепления белков и жиров.

Это является следствием действия данных гормонов на митохондрии, в

которых они подавляют процесс синтеза АТФ. Симптомы гипертиреоза

(тиреотоксикоза) - повышенная возбудимость, булимия

(усиленное чувство

голода),

худощавость,

постоянная (хотя и невысокая)

гипертермия

(повышенная температура).

причин

и

Тактики лечения тиреотоксикоза может быть различной в зависимости от

характера течения болезни. В частности, известны препараты, подавляющие синтез тиреоидных

гормонов (полил калия, производные тиомочевины - тиоамиды) или разрушающие секреторные

клетки (радиоактивный йод). Однако, при использовании препаратов, подавляющих синтез этих

гормонов, происходит стимуляция образования гормона гиреотропина, избыток

которого

повышает риск развития зоба.

В случае гипертиреоза опухолевого происхождения к положительным результатам могут

приводить лучевая терапия (облучение опухоли) или хирургическое лечение

(удаление

опухоли). Наиболее опасны в этом отношении опухоли, которые образуют метастазы

(вторичные опухоли, локализованные за пределами щитовидной железы). Именно такой опухолью

является

фолликулярный рак щитовидной железы, или метастазирующая аденома,

дающая

метастазы в кости, печень, легкие и другие органы.

называют

типичным

Кроме

рассмотренных вариантов

экзоцитоза, которые

экзоцитозом, существуют специфические, менее универсальные, обозначаемые как атипичный экзоцитоз, или обратный пиноцитоз. В этом случае экзоцитозный пузырек формируется не за счет эндомембран, а участком плазмалеммы. В результате секретируемое вещество выводится в мембранной упаковке - экзоцитозный пузырек с транспортируемыми молекулами оказывается за пределами клетки.

Таким способом осуществляется секреция молока клетками молочных желез млекопитающих, включая человека. Путем атипичного экзоцитоза некоторые клетки иммунной системы, в частности, иейтрофилы, могут выводить во внеклеточную среду собственные лизосомы. Доказано, что в этом случае процесс является Са2+-зависимым и АТФ-зависимым, т.е. в нем, очевидно, необходимо участие АМС.

Формирование тромбоцитов также можно рассматривать как вариант атипичного экзоцитоза. В этом случае специализированная клетка мегакариоцит образует отростки, концы которых периодически отпочковываются и становятся безъядерными форменными элементами крови

тромбоцитами, содержащими определенные биолоически активные вещества.
Атипичный экзоцитоз,	или	почкование,	используют некоторые вирусы в
качестве механизма выхода из зараженной ими клетки. Определенные вирусные
белки, синтезированные в клетке, встраиваются в участок плазмалеммы, к
которому подходит вирусная частица и индуцирует почкование. В
результате вирусы, размножившиеся в клетке, оказываются за ее пределами
упакованными участком ПА клетки.			располагаются	вирусные белки,
И хотя в мембранной оболочке вирусов
она, по своему происхождению, является клеточной. Такой способ выхода из
клетки позволяет вирусам	завершать свой		внутриклеточный	жизненный цикл

без ее разрушения и используется, например, вирусом СПИД (ВИЧ).

Трансцитоз, или диацитоз, - это специализированный вид транспорта в мембранной упаковке, характерный только для некоторых эпителиальных клеток. При трансцитозе происходит перенос отдельных макромолекул через клетку. Первый этап трансцитоза представляет собой микропиноцитоз, результатом которого является формирование транспортного пузырька (микропиносомы), содержащего соответствующие макромолекулы, связанные своими рецепторами.

На втором этапе трансцитоза происходит движение транспортного пузырька

www.pervomed.ru

к противоположной части клетки, где мембрана пузырька сливается с плазмалеммой и встраивается в нее. В результате транспортируемая макромолекула оказывается в гликокаликсе другой стороны клетки и либо диссоциирует от рецептора, либо отщепляется специальной протеазой вместе с наружным доменом рецепторам.

Биологический смысл трансцитоза заключается в возможности транспорта специфичных макромолекул через эпителиальные барьеры, в которых клетки

образуют контакты, не позволяющие макромолекулам						проходить между
клетками.
С помощью трансцитоза синтезированные в организме								антитела
(иммуноглобулины А) переносятся		через		эндотелий	капилляров и эпителий
слизистых оболочек. Благодаря этому, антитела не только циркулируют в
крови, но и находятся на поверхности слизистых оболочек ротовой полости,
дыхательных путей, кишечника, мочеполовых путей и т.п. Здесь они
образуют один из элементов		барьерного иммунитета				против		вирусов,
бактерий, паразитических простейших и червей.
Путем трансцитоза такие антитела попадают и в молоко млекопитающих,
включая человека. В кишечнике новорожденного ребенка, питающегося
молоком матери, антитела не разрушаются, а трансцитируются через клетки
эпителия кишечника и капилляров.							обеспечивают
Оказавшись в крови новорожденного, эти антитела
пассивный гуморальный иммунитет,			что очень важно из-за пока слабого
функционирования собственной иммунной системы ребенка. Именно поэтому при
кормлении новорожденных искусственными смесями, а не материнским молоком,
у детей повышается риск	инфекционных заболеваний					и	аллергических

реакций.

Рецепторно-сигнальная функция ПА обеспечивает адекватные реакции клетки на изменения факторов существования - факторов внешней и внутренней среды организма. Благодаря этому клетка обладает важнейшим свойством - способностью к саморегуляции. Эта способность имеет фундаментальное значение для жизнедеятельности клеток и организма и, значит, огромное медицинское значение.

Рецепторно-сигнальная функция осуществляется с помощью специальных белков или гликопротеинов, получивших название рецепторов. Рецепторы ПА клетки являются или интегральными компонентами плазмалеммы с гликокаликсом (мембранные рецепторы), или находятся в периферической гиалонлазме (цитоплазматические рецепторы). Функции рецепторов включают в себя распознавание, преобразование и передачу определенных сигналов, т.е. они ответственны за самые ранние, пусковые этапы адекватного реагирования клетки на стимулы.

Структура рецепторов может быть разнообразной, однако любой рецептор имеет функционально специфический рецепторный домен, с помощью которого происходит распознавание сигнала. Строение рецепторного домена таково, что он реагирует только на определенные сигналы. В качестве сигнала могут выступать химические молекулы, взаимодействующие с

рецепторным	доменом	хеморецепторов,		кванты	света	-	фото
рецепторов,	температура	терморецепторов,					давление
барорецепторов и т.д.		Благодаря	этому,	рецепторы характеризуются
очень высокой специфичностью.			на сигнал приводит к			изменению
Реакция	рецепторного	домена

конформации не только этого домена, но и всей рецепторной молекулы, т.е. полученный сигнал преобразуется путем изменения конформации рецептора.

Это приводит к изменению функциональной активности определенных доменов самого рецептора или контактирующих с ним белков. В результате трансформированный сигнал передается из внеклеточной среды во внутриклеточную.

Мембранные рецепторы имеют, кроме наружного рецепторного домена,

трансмембранный домен и цитоплазматический домен. Трансмембранный домен,

представленный одним или несколькими альфа-спиральными участками, фиксирует рецептор в БЛС плазмалеммы. Он участвует в передаче сигнала на цитоплазматический домен путем изменения своей конформации, вызванного активацией рецепторного домена. Внутриклеточный цитоплазматический домен также принимает участие в передаче сигнала, изменяя свою конформацию вслед за трансмембранным

доменом. Однако, его главная функция реализация сигнала на других клеточных молекулах. С этой точки зрения, цитоплазматический домен

является эффекторным доменом.

Цитоплазматические рецепторы также имеют рецепторный и эффекторный домены. Однако вместо трансмембранного домена в них представлен ДНКсвязывающий домен. С помощью этого домена цитоплазматические рецепторы

www.pervomed.ru

фиксируются в ядре, взаимодействуя с определенными участками ДНК хромосом. В данном случае эффекторный домен реализует сигнал на определенных белках, регулирующих работу генов (процесс транскрипции). Все эти события вызываются последовательными конформационными изменениями рецепторного, ДНК-связывающего и эффекторного доменов после взаимодействия рецепторного домена с сигнальной молекулой. Цитоплазматические рецепторы функционируют, как правило, в виде димерных молекул.

В целом, рецепторы могут участвовать в выполнении нескольких функций. Причальная функция осуществляется мембранными рецепторами, имеющими рецепторный и трансмембранный домены. Такие причальные рецепторы, или причальные белки, взаимодействуют с определенными немембранными макромолекулами своим рецепторным доменом и фиксируют их в том участке плазмалеммы (мембраны), где располагаются сами. Благодаря этому возможно специфическое распределение определенных макромолекул в конкретных участках мембраны - структурно-функциональная дифференцировка ПА клетки.

Например, таким способом фиксируются пищеварительные ферменты, секретируемые поджелудочной железой, в составе гликокаликса эпителиальных клеток тонкой кишки, где с их помощью происходит пристеночное пищеварение.

Адгезивная, или контактная, функция рецепторов также осуществляется мембранными рецепторами, которые имеют хорошо выраженный цитоплазматический домен. Благодаря этой функции возможен контакт ПА разных клеток или ПА клетки с внеклеточным матриксом. Такие рецепторы входят в группу клеточных адгезивных молекул. Наличие цитоплазматического домена у адгезивных рецепторов позволяет им взаимодействовать с определенными белками. В результате этого происходит или усиление адгезии (контакта), или индукция конкретного клеточного ответа, например, преобразования структуры COCA в месте контакта.

Канальная, или транспортная, функция рецепторов реализуется мембранными рецепторами, входящими в состав переносчиков, которые в такой ситуации представляют собой хеморегулируемые, (хемочувствительные, хемозависимые) каналы. Взаимодействуя с сигнальной молекулой, такой рецептор изменяет свою конформацию, в результате чего канал переносчика открывается и через него происходит транспорт определенных молекул.

Пример канальных рецепторов - альфа-субъединицы холинрецептивного Na+/K+-канала. Их взаимодействие с ацетилхолином в синап гической щели приводит к открытию ионного канала и

возникновению потенциала действия (возбуждения) в постсинап гической клетке за счет потока ионов Na.

Каталитичекая функция может осуществляться как мембранными, так и цитоплазматическими рецепторами. И те, и другие имеют эффекторный домен с функциями фермента протеинкиназы. У мембранных рецепторов эту функцию выполняет цитоплазматический домен. Такие каталитические рецепторы

называют протеинкиназными рецепторами, или рецепторными протеинкиназами.

Действие протеинкиназных рецепторов заключается в фосфорилировании определенных белков, имеющих специфические сайты фосфорилирования. Благодаря своим каталитическим свойствам, такие рецепторы не только

передают сигнал, но и усиливают его.			существуют	мембранные
Кроме	протеинкиназных	рецепторов

протеинфосфатазные рецепторы, или рецепторные протеинфосфатазы. Их функция заключается в дефосфорилировании белков, и в этом отношении они являются антагонистами протеинкиназ, создавая определенный регуляторный баланс.

Еще один пример мембранных каталитических рецепторов - это гуанилатциклазные рецепторы. При их активации происходит увеличение внутриклеточной концентрации циклического гуанозинмонофосфата (цГМФ) за счет его образования из гуанозинтрифосфата (ГТФ). цГМФ, в свою очередь, активирует функции определенных внутриклеточных белков.

Мембранные каталитические рецепторы реагируют на внеклеточную сигнальную молекулу рецепторным доменом и изменяют свою конформацию. Изменение конформации затрагивает и цитоплазматический каталитический домен, в результате чего активируется его протеинкиназная функция. Рецепторная протеинкиназа приобретает способность катализировать реакцию фосфорилирования определенных мембранных и примембранных белков (протеинов). Конкретно, происходит перенос фосфатной группы АТФ на сайт фосфорилирования протеина, который становится фосфопротеином (фосфорилированным белком).

Результатом фосфорилирования является изменение конформации протеина и, соответственно, его биологической функции. Фосфорилиро-вание белка может приводить как к его активации (если белок был неактивным), так и его инактивации (если белок до фосфорилирования был активным). Так или иначе, активация рецепторных протеинкиназ вызывает изменение функций определенных белков, т.е. индуцирует адекватную стимулу ответную

www.pervomed.ru

клеточную реакцию.

Клеточный ответ, опосредованный каталитическими рецепторами, может регулироваться со стороны клегки. Некоторые протеинкиназные рецепторы после активации способны фосфорилировать не только другие белки, но и свой цитоплазматический домен, т.е. автофосфорилируются Следствием этого, как правило, является усиление протеинкиназной активности рецептора

Снижение активности каталитических рецепторов может быть вызвано действием специальных клеточных протеинкиназ, которые катализируют фосфорилирование цитоплазматического домена в местах, не совпадающих с сайтами автофосфорилирования. В результате этого рецепторная протеинкиназа претерпевает еще одно изменение конформации, приводящее к ее инактивации. Прекращение опосредованных рецепторами реакций может также осуществляться путем эндоцитоза сигнальных молекул с рецепторами и их разрушения лизосомами.

В клетке кроме протеинкиназ имеются ферменты протеинфосфатазы, катализирующие дефосфорилирование фосфопротеинов. Результатом действия протеинфосфатаз является «превращение» фосфопротеинов в исходные нефосфорилированные протеины и возвращение исходного функционального состояния клеточного белка. Таким образом, индуцированный протеинкиназами клеточный ответ может быть подавлен (прекращен) с помощью соответствующих протеинфосфотаз.

Протеинкиназные рецепторы используются клеткой для запуска быстрых реакций на стимул по принципу «все или ничего». Примерами этого являются рецепторы к пептидному гормону инсулину и факторам роста. Факторы роста являются пептидными сигнальными молекулами, индуцирующими деление клеток, которое не требует ингибирования на первых этапах. Рецепторы инсулина, в частности, необходимы для регуляции концентрации глюкозы в крови с помощью пассивных переносчиков GluT4, локализованных в жировых и мышечных клетках.

Предшественник рецептора инсулина человека представляет собой полипептид, содержащий 1382 аминокислотных остатка, среди которых имеются остатки цистеина. В ходе формирования рецептора полипептид расщепляется на 2 субъединицы α и β, которые остаются соединенными дисульфидной связью. Кроме того, две α-субъединицы разных предшественников также взаимодействуют между собой с помощью дисульфидной связи.

В результате рецептор инсулина состоит из двух внеклеточных α-субъединиц, формирующих рецепторный домен, и двух трансмембранных β-субъединиц, образующих цитоплазматические протеинкиназные домены с сайтами автофосфорилирования Время полу-жизни рецепторов инсулина в ПА клеток составляет 7-12 час, поэтому в клетках осуществляется постоянный синтез его предшественника.

При связывании инсулина с рецептором происходит автофосфорилирование рецептора, после чего он приобретает способность фосфорилировать другие внутриклеточные белки. Важнейшим из них является IRS-1 (Insulin Receptor Substratum - субстрат инсулинового рецептора), который после своего фосфорилирования принимает участие в активации группы белков. В эту группу входит протеинфосфатаза 1C, которая дефосфорилирует инсулиновый рецептор и тем самым инактивирует его. Таким образом, механизм действия данного рецептора включает петлю отрицательной обратной связи обязательную инактивацию рецепюра через некоторое время после его активации.

При нормальной концентрации глюкозы в плазме крови GluT4 не обнаруживаются в ПА этих клеток - они располагаются в мембране особой внутриклеточной цистерны, эндосомы. Повышение концентрации глюкозы стимулирует секреторную активность клеток поджелудочной железы β-клеток островков Лангерганса), которые экзоцитируют пептидный гормон инсулин. Данный гормон взаимодействует с рецепторами, расположенными в плазмалемме

жировых

и

мышечных

клеток,

и

активирует

их

протеинкиназный

цитоплазматический домен. Это приводит к фосфорилированию белков, действующих на эндосому с GluT4. В результате от эндосомы отпочковываются транспортные пузырьки, в мембране которых находятся молекулы переносчика. Транспортные пузырьки встраиваются в плазмалемму, GluT4 оказываются в составе ПА клеток и начинают вводить избыток глюкозы в жировые и мышечные клетки, где из этого моносахарида синтезируется гликоген (мышечные клетки) или жиры (жировые клетки).

После достижения нормальной концентрации глюкозы в крови участок плазмалеммы, содержащий GluT4, эндоцитируется. Это происходит путем образования транспортного пузырька, в мембране которого находятся переносчики глюкозы. Отделившийся от ПА пузырек сливается с эндосомой, и молекулы GluT4 возвращаются в эту специализированную цитоплазматическую структуру.

Выведение переносчика глюкозы в ПА с помощью рецепторов инсулина предотвращает гипергликемию (повышенную концентрацию глюкозы в крови),

которое является причиной сахарного диабета. С другой стороны, возвращение GluT4 в эндосому после нормализации содержания глюкозы

предотвращает и гипогликемию (дефицит глюкозы в крови), которая также приводит к серьезным нарушениям жизнедеятельности.

Существуют наследственные дефекты белков, регулирующих транспорт GluT4 в ПА жировых и мышечных клеток, и приводящих к развитию сахарного диабета. Одна группа таких дефектов обусловливает дефицит инсулина в

крови или аномалии его структуры. В этом случае развивается форма

сахарного диабета, которая называется инсулинзависимый сахарный диабет (ИЗСД).

Лечение ИЗСД проводят введением больным определенных доз гормона инсулина. При этом

www.pervomed.ru

следует иметь в виду, что инъекцию инсулина необходимо делать только на фоне
гипсргликемии. В противном случае (нормогликемия) введение этого гормона может вызвать
гипогликемию, что, например, и происходит при инъекции препарата натощак.
Еще одной причиной сахарного диабета могут быть наследственные
дефекты структуры рецепторов инсулина или их дефицит. В таком случае
гипергликемия развивается вне зависимости от наличия инсулина в крови,
поэтому	данная		форма	сахарного	диабета	обозначается	как
инсулиннезависимый сахарный диабет (ИНЗСД).
Примером наследственного дефекта рецептора инсулина является синдром
Донохью,	который		характеризуется		гротескными	чертами лица	и
гипертрофией		(увеличением размеров) наружныж половых органов. В этом
случае сильная гипергликемия стимулирует избыточную секрецию инсулина,
сопровождающуюся гипертрофией островков Лангерганса поджелудочной
железы,	что	приводит в		конечном итоге к смерти		больного ребенка	уже
на первом году жизни.

Лечение ИНЗСД не должно проводиться путем инъекций инсулина, так как данный гормон регулирует не только содержание глюкозы в крови. Благодаря этому, избыток инсулина (результат его инъекции) вызывает неблагоприятные для организма последствии. В частности, при активации рецепторов инсулина, имеющихся постоянно в ПА большинства клеток млекопитающих, происходит изменение активности многих ферментов, снижается интенсивность синтеза белков и подавляется синтез многих иРНК (работа многих генов).

Примером цитоплазматических протеинкиназных рецепторов являются рецепторы стероидных, ретиноидных и тиреоидных гормонов.

Стероидные гормоны синтезируются и секретируются клетками надпочечников и половых желез, а тиреоидные гормоны - клетками щитовидной железы. Предшественниками ретиноидных гормонов являются растительные пигменты каротины Рецепторы данных гормонов имеются в периферической

гиалоплазме многих клеток млекопитающих и обладают сходным механизмом действия.

Гормон, проникая в периферическую гиалоплазму через плазмалемму, связывается рецепторным доменом и изменяет конформацию всей молекулы рецептора, включая ДНК-связывающий домен. Комплекс гормон-рецептор

транспортируется в ядро, где взаимодействует с участками ДНК, регулирующими работу определенных генов. Связывание с ДНК активирует протеинкиназный домен рецептора, с помощью которого фосфорилируются белковые транскрипционные факторы, необходимые для синтеза иРНК.

Если фосфорилирование активирует транскрипционные факторы, синтез РНК индуцируется (ген включается). Синтезированная иРНК транспортируется из ядра в гиалоплазму, где взаимодействует с рибосомами и тРНК. В результате клетка начинает синтезировать белок, которого в ней не было. Этот белок выполняет определенные клеточные функции, на основе чего клетка адекватно реагирует на полученный стимул (гормон).

Если нефосфорилированный транскрипционный фактор исходно активен, действие протеинкиназного домена рецептора приводит к подавлению функций транскрипционного фактора. Следствием этого является выключение генов - прекращение синтеза соответствующих белков, выполняющих определенные клеточные функции. Таким образом, и в данной ситуации клетка реагирует адекватно полученному сигналу (гормону).

Опосредованный цитоплазматическими рецепторами путь ответа является относительно медленным, поэтому используется, главным образом, при дифференцировке клеток в ходе индивидуального развития (онтогенеза) многоклеточных организмов или стабильных изменений физиологического состояния организма.

В частности, по такому механизму происходит формирование мужских половых органов и признаков у млекопитающих, включая человека. У эмбрионов с набором половых хромосом XY развиваются мужские гонады (семенники), клетки которых синтезируют половой гормон тестостерон. Действие этого стероидного гормона опосредовано специальным цитоплазматическим рецептором андрогенов (мужских половых гормонов). Активация данного рецептора приводит к включению группы генов, работа которых вызывает развитие остальных половых органов и

признаков по мужскому типу.

дефект

рецептора андрогенов,

который приводит

Известен

наследственный

к развитию

синдрома тестикулярной феминизации

(синдрома Морриса). Эта

болезнь характеризуется тем, что у людей с мужским набором половых

хромосом

(XY)

формируются

семенники,

синтезируется

тестостерон,

но

другие

мужские

половые признаки

не развиваются. Наружные половые органы

у больных с синдромом Морриса

-

женского типа, влагалище короткое и

слепо

замкнутое,

яйцеводы

и

матка

отсутствуют,

в

соответствующем

возрасте развиваются молочные железы. Характерным внешним симптомом

болезни

является

дефицит

вторичного оволосения

(рост

волос на лобке и

подмышками или не происходит, или очень скудный).

Трансдукторная функция рецепторов проявляется в том, что они передают трансформированный сигнал, не усиливая его, так как их цитоплазматический домен не обладает каталитической активностью. Благодаря этому, трансдукторные рецепторы являются только одним из

www.pervomed.ru

элементов целостных рецепторно-сигнальных систем (РСС), в которых также происходит усиление сигнала.

Наиболее простая РСС - двухкомпонентная, включающая мембранный рецептор и протеинкиназу, зафиксированную в билипидном слое остатками миристиновой и пальмитиновой кислот. В такой РСС цитоплазматический домен рецептора имеет центр взаимодействия с протеин-киназой. Сигнальная молекула, связываясь с рецепторным доменом мембранного рецептора, вызывает изменение конформации цитоплазматического домена, активируя центр его взаимодействия с неактивной протеинкиназой.

В результате связывания с цитоплазматическим доменом протеинкиназа изменяет свою конформацию и активируется - приобретает способность фосфорилировать определенные клеточные белки. Таким образом, развитие клеточного ответа в РСС соответствует таковому для каталитических рецепторов и базируется на процессе фосфорилирования. Однако, в этом случае рецептор не реализует, а предает сигнал на эффекторный элемент (протеинкиназу), который выполняет и функцию усиления сигнала.

С помощью таких РСС осуществляются быстрые ответные реакции клетки на соответствующие стимулы. Тем не менее, преимущество РСС по сравнению с каталитическими рецепторами заключаются в больших возможностях регуляции се работы, которая может осуществляться и на этапе трансдукции, и на этапе реализации-усиления. Такую регуляцию, например, можно производить путем фосфорилирования как трансдукторного домена рецептора, так и протеинкиназы с помощью независимо функционирующих протеинкиназ.

Это создает определенный запас прочности и гибкости в работе РСС: если нарушен механизм фосфорилирования рецептора, данный дефект может быть компенсирован фосфорилированием эффекторной протеинкиназы. С другой стороны, фосфорилирование обоих компонентов РСС может давать более сильный эффект, чем аналогичное изменение каждого компонента в отдельности. Такая ситуация позволяет роулировать не просто передачу сигнала, но и его силу (интенсивность), т.е. расширяет возможности регуляции работы РСС.

Наиболее сложными и универсальными РСС являются системы, получившие название систем вторичных посредников. Особенность функционирования таких РСС заключается в том, что один из элементов РСС катализирует образование

внутриклеточных сигнальных молекул - вторичных посредников (ВП). Образовавшиеся ВП взаимодействуют с определенными белками, изменяя их конформацию и активность. В результате этого развивается адекватный стимулу клеточный ответ, нередко связанный с активацией протеинкиназ. Образование ВП катализирется соответствующими ферментами (не протеинкиназами), которые являются обязательными элементами РСС подобного типа, выполняющими функцию усиления исходного сигнала.

Еще одна особенность РСС с ВП заключается в том, что, кроме рецепторатрансдуктора и фермента-усилителя, они включают еще один элемент -

гуанилат-связывающие белки (ГСБ), или G-белки. ГСБ в данной системе представляют собой звено, интегрирующее рецептор с ферментом ВП и регулирующее активность этого фермента. Таким образом, РСС с ВП является трехкомпонентной - сигнал воспринимается рецептором, передается на ГСБ, а с него - на фермент, катализирующий образование ВП.

Известно более 300 разных видов рецепторов, функции которых опосредуются ГСБ. Все они имеют сходные особенности строения: наружный специфичный к сигналу рецепторный домен, трансмембранный домен, включающий 7 альфа-спиральных участков, и внутренний трансдукторный домен, структура которого различна у рецепторов разных видов. Функцией трансдукторного домена является взаимодействие с определенным ГСБ.

ГСБ (G-белки) представляют собой гетеротримерные периферические белки, зафиксированные в БЛС остатками жирных кислот. С биохимической точки зрения, ГСБ - ацилпротеины, белковая часть которых прилегает к внутриклеточной стороне плазмалеммы. В состав ГСБ входят α-субъединица (Сα) и βγ-субъединица (Сβγ), включающая 2 разных полипептида (β и γ ). Сα, состоящая из единственного полипептида, фиксируется в БЛС остатком

меристиновой кислоты, а Сβγ - остатком пальмитиновой кислоты,

принадлежащем β-полипептиду.

Сα обладает функциями ГТФазы, т.е. способна присоединять ГТФ и гидролизовать его до ГДФ и Фн (неорганического фосфата). Один из продуктов гидролиза, ГДФ, остается связанным с Сα, но при определенных условиях может быть "обменен" на ГТФ. Таким образом, Сα всегда связана с ГТФ или ГДФ, благодаря чему весь белок и получил название ГСБ. Замена ГДФ на ГТФ и гидролиз ГТФ в Сα приводят к изменениям конформации ГСБ, на которых основаны его функции. В частности, это служит механизмом цикла диссоциации-ассоциации ГСБ.

Замена ГДФ на ГТФ вызывает изменение конформации ГСБ и, как результат, диссоциацию ГСБ на субъединицы Сα и Сβγ. Состояние диссоциации сохраняется до тех пор, пока Сα не осуществит свою ГТФазную функцию. После гидролиза ГТФ она остается связанной с ГДФ и вновь приобретает способность ассоциировать с Сβγ, т.е. формировать ГСБ.

Процесс замены ГДФ на ГТФ регулируется гуанилат-обменивающими белками (ГОБ), или GEP (от англ. G-exchange protein). Одни из них способны стимулировать замену нуклеотидовГОБс

www.pervomed.ru

(GEPs), другие - ингибировать этот процесс - ГОБи (GEPi).

Сα не может самостоятельно гидролизовать ГТФ - для этого требуются регуляторные ГТФазаактивирующие белки (ГАБ, или GAP от GTPase-activating protein). Функционирование ГТБ, в свою очередь, регулируется специальными клеточными механизмами. В частости, их функция подавляется инозитолдифосфагом, фосфатидной кислотой и рахидоновой кислотой, которые образуются в клетках после некоторых стимулов. Вторая субъединица ГСБ, Сβγ, не является гуанилат-связывающей, и механизм ее функционирования не связан напрямую с гидролизом ГТФ.

Обнаружено более 20 разных вариантов ГСБ, каждый из которых сопряжен с определенными рецепторами, т.е. представляет собой элемент конкретной РСС. При этом число видов Сα превосходит таковое Сβγ, что означает возможность взаимной регуляции работы различных РСС В частности, диссоциированные Сα ГСБ одного варианта могут ассоциировать с Сβγ другого вида ГСБ, поэтому активация одной РСС способствует снижению активности других РСС.

Несмотря на структурное разнообразие РСС и ГСБ, все они функционирует по универсальной схеме. При отсутствии сигнала все элементы РСС (рецептор, ГСБ и фермент) являются неактивными, причем Сα в ГСБ связана с ГДФ. Действие сигнала (сигнальной молекулы, например, гормона или медиатора) на рецептор изменяет конформацию его трансдукторного домена (Рец -> Рец*). В результате этого происходит взаимодействие трансдукторного домена рецептора с ГСБ, связанного с ГДФ (Рец* + ГСБ -> Рец*-ГСБ).

Связь активированного рецептора (Рец*) с ГСБ стимулирует замену ГДФ на ГТФ в Сα с соответствующим изменением конформации ГСБ (Рец*-ГСБ + ГТФ -> Рец*-ГСБ* + ГДФ). Изменение конформации ГСБ (ГСБ -> ГСБ*) приводит к диссоциации всех компонентов комплекса (Рец*-ГСБ* -> Рец + Сα* + Сβγ), причем рецептор возвращается на исходную позицию своего цикла функционирования (Рец* -> Рец). Таким образом, трансдукторный домен рецептора, фактически, играет роль ГОБс - белка, стимулирующего обмен ГДФ на ГТФ в ГСБ.

Диссоциировавшие субъединицы ГСБ принимают участие в новых типах взаимодействий. Сα* (в комплексе с ГТФ), как правило, ассоциирует с конкретным ферментом (Фер), изменяя его конформацию (Сα* + Фер -> Сα*- Фер*). Изменение конформации фермента активирует его каталитическую функцию, вследствие чего происходит образование большого числа молекул ВП из молекул-предшественников (МП + Сα-Фер* -> Сα-Фер* + ВП).

Синтез ВП идет до тех пор, пока сохраняется комплекс Сα*-Фер*. Через некоторое время Сα*, связанная с ферментом, взаимодействует с ГАБ (белком, активирующим ГТФазную активность), в результате чего происходит гидролиз ГТФ и диссоциация образовавшегося комплекса с потерей активности всех трех элементов (ГАБ + Сα*-Фер* -> ГАБ*- Сα*-Фер* -> ГАБ + Сα +Фер + Фн). Таким образом, продолжительность синтеза ВП определяется временем существования комплекса Са*-Фер*, которое заканчивается при контакте его с ГАБ.

Освободившаяся Сα (уже в комплексе с ГДФ) взаимодействует с Сру, восстанавливая исходную структуру ГСБ (Сα + Сβγ -> ГСБ). Этим завершается цикл активности ГСБ, который вновь приобретает способность связываться с трансдукторным доменом рецептора, т.е. вступать в новый цикл своей активности.

Сру некоторых ГСБ в диссоциированном состоянии могут взаимодействовать с определенными мембранными переносчиками ионов (Пер), изменяя их конформацию (Сβγ + Пер -> Сβγ-Пер*) Следствием этого является изменение (усиление или ослабление) функциональной активности переносчика. Комплекс Сβγ-Пер* существует до тех пор, пока не появятся свободные Сα, выполнившие свою АТФазную функцию. Очевидно, Сβγ обладают большим сродством к Сα, чем к переносчикам, что приводит к диссоциации одного комплекса и образованию другого (Сβγ-Пер* + Сα -> ГСБ + Пер) с восстановлением исходной функциональной активности переносчика.

Таким образом, в основе клеточного ответа на сигнал в данных РСС могут лежать 2 процесса синтез ВП (действие Сα*) и изменение концентрации ионов в гиалоилазме (действие Сβγ). Оба этих процесса, в свою очередь, вызывают каскады определенных внутриклеточных реакций, формирующих конечный клеточный ответ на соответствующий стимул.

В настоящее время известно несколько РСС с ГСБ. Они формируют в клетке тонко сбалансированную суперсистему, в которой активность одной РСС влияет на активность других РСС. По функции ферментов, активируемых ГСБ, можно выделить 3 категории РСС: нуклеотидциклазные, фосфодиэстеразные и фосфолипазные.

Нуклеотидциклазные РСС представлены двумя конкретными системами:

аденилатциклазной РСС и гуанилатциклазной РСС. В обеих системах функционируют ферменты, катализирующие реакцию превращения нуклеозидтрифосфата в циклическую форму соответствующего

нуклеозидмонофосфата (НТФ -> цНМФ + 2Фн).

Ключевым мембранным ферментом аденилатциклазной РСС является аденилатциклаза (АЦ), с помощью которой молекула АТФ превращается в циклическую форму АМФ - цАМФ. Таким образом, ВП аденилатциклазной РСС представляет собой цАМФ. Активность этой РСС может индуцироваться

www.pervomed.ru

рецепторами с разными рецепторными доменами, передающими сигнал на определенный ГСБС (ГСБ, стимулирующий АЦ). ГСБс активирует АЦ, в результате чего резко повышается внутриклеточная концентрация цАМФ.

Главной мишенью цАМФ являются ферменты протеинкиназы А (ПКА), которые активируются при взаимодействии молекул цАМФ с соответствующими центрами связывания в регуляторных субъединицах ПКА. Активированные ПКА обеспечивают фосфорилирование определенного спектра белков по остаткам серина и треонина, изменяя конформацию и функции этих белков - формируя адекватный сигналу клеточный ответ.

В частности, ПКЛ способны фосфорилировать пассивные переносчики ионов Са в клеточных мембранных, т.е. участвовать в регуляции концентрации этого важного для клетки катиона. Некоторые виды активированных ПКА способны транспортироваться в ядро, где они фосфорилируют определенные транскрипционные факторы, участвующие в регуляции работы генов Транскрипционные факторы могут активироваться не только путем фосфорилирования ПКА, но и прямым взаимодействием с молекулами цАМФ.

С помощью аденилатциклазной РСС не только изменяется активность уже существующих белков, но может усиливаться их синтез и даже происходить синтез новых белков. В последнем случае аденилатциклазная РСС сходна по своим конечным результатам с действием цитоплазматических рецепторов стероидных и тиреоидных гормонов. Примером такого Функционирования аденилатциклазной РСС является усиление синтеза молекул пассивных переносчиков ионов Са2+ в мембране эндоплазматической сети.

В аденилатциклазной РСС функционируют ГСБи, ингибирующие действие АЦ. Они активируются собственными рецепторами и вызывают прекращение синтеза цАМФ, индуцированного ГСБС. Таким образом, ГСБи являются антагонистами ГСБС и создают один из элементов регуляции клеточных реакций, опосредованных цАМФ и ПКА.

Работа аденилатциклазной РСС регулируется на этапе взаимодействия рецепторов с ГСБ. Эту функцию выполняет белок арестин (фосдуцин), который способен связываться с трансдукторным доменом рецепторов и блокировать его ассоциацию с ГСБс, но не ГСБи. Фосдуцин может фосфорилироваться с помощью ПКА и терять свою функцию арестина, создавая петлю усиления аденилатциклазной РСС.

Еще одним элементом peгуляции действия аденилатциклазной РСС является фермент фосфодиэстераза (ФДЭ). С помощью этого фермента осуществляется реакция, в результате которой цАМФ превращается в нециклическую форму АМФ. Изменяя активность ФДЭ, клетка может регулировать концентрацию цАМФ в гиалоплазме и усиливать (подавление ФДЭ) или ослаблять (активация ФДЭ) клеточные ответы, обусловленные акгивностью АЦ.

Ключевым ферментом гуанилатциклазной РСС является мембранная гуанилатциклаза (ГЦ), которая катализирует превращение ГТФ в циклический ГМФ (цГМФ). Соответственно, ВП данной РСС - цГМФ.

Как и в аденилатциклазной РСС, активация рецепторов гуанилатциклазной РСС приводит к индукции активности определенных ГСБ (замену ГДФ на ГТФ). Соответствующие ГСБ стимулируют функционирование мембранной формы ГЦ, в результате чего в клетке начинает синтезироваться цГМФ. Основная мишень данного ВП - цитоплазматический фермент протеинкиназа G (ПКG). ПKG обеспечивает фосфорилирование определенных клеточных белков, которое изменяет их конформацию и активность. Следствием этого является адекватный стимулу ответ клетки.

В частности, с помощью ПKG подавляется работа пассивных переносчиков Na+ и Са2+, но стимулируется AT ионов К+ в клетку. Одним из фосфорилируемых ПКО белком является мембранная АЦ, которая теряет свою активность после фосфорилирования. Таким образом, гуанилатциклазная РСС, кроме прочего, представляет собой антагониста аденилатциклазной РСС, поскольку активация гуанилатциклазной РСС подавляет аденилатциклазную РСС на этапе синтеза ее ВП, цАМФ. С другой стороны, работа гуанилатциклазной РСС, как и аденилатциклазной, может регулироваться с помощью ФДЭ, обеспечивающей снижение концентрации циклических нуклеозидмонофосфатов.

Фосфодиэстеразные РСС содержат в качестве ключевого фермента мембранные фосфодиэстеразы (ФДЭ), которые катализируют реакции превращения цАМФ и цГМФ в их нециклические формы (АМФ и ГМФ) путем гидролиза циклической фосфодиэфирной связи. Фосфодиэстеразные РСС активируются определенными рецепторами, взаимодействующими с соответствующими ГСБ, которые стимулируют функцию ФДЭ.

В результате активации ФДЭ падает концентрация цАМФ и/или цГМФ в гиалоплазме. С этой точки зрения, фосфодиэстеразные РСС являются антагонистами нуклеотидциклазных РСС, снижающими концентрацию их ВП. Благодаря этому, с помощью фосфодиэстеразных РСС клетка может регулировать работу нуклеотидциклазных РСС.

Активность ФДЭ подавляется кофеином, что проявляется повышением концентрации цАМФ в определенных нейронах, вызывающей известные

возбуждающие эффекты кофеина.

В специализированных клетках фосфодиэстеразные РСС могут играть самостоятельную роль. В светочувствительных клетках сетчатки глаза (палочках) молекулы цГМФ постоянно стимулируют работу пассивных переносчиков Na в плазмалемме, в результате чего она слабо поляризована.

Под действием квантов света специфический рецептор родопсин активирует ГСБ трансдуции, который стимулирует действие мембранной ФДЭ. Активация ФДЭ приводит к резкому снижению концентрации цГМФ, превращающегося в физиологически неактивный ГМФ, и закрыванию канатов

www.pervomed.ru

для Na. В результате этого формируется мощный градиент ионов Na, мембрана гиперполяризуется и возникает потенциал действия в фоторецепторной клетке (орган зрения

реагирует на световой стимул).
Фосфолипазные РСС	имеют в своем составе ключевые ферменты

фосфолипазы, катализирующие реакции гидролиза мембранных фосфолипидов.

Известны		3	вида	фосфолипазных		РСС:	фосфатидилинозитоловая,
фосфатидилхолиновая и сфингомиелиновая.								мембранная	форма
В	фосфатидилинозитоловой				РСС	функционирует

фосфолипазы С (ФЛС), ФЛСγ, субстратом которой является мембранный липид фосфатидилинозитолдифосфат (ФИФ2). ФЛС обеспечивает гидролиз ФИФ2 с образованием инозитолтрифосфата(ИФ3) и диацилглицерола (ДАГ), которые оба являются ВП данной РСС.

Фосфатидилинозитоловая РСС активируется соответствующими рецепторами, трансдукторные домены которых взаимодействуют с определенным ГСБ. Активированный ГСБ стимулирует работу мембранной ФЛС, в результате чего из ФИФ2 образуются ДАГ, остающийся в БЛС, и ИФ3, мигрирующий в гиалоплазму.

В гиалоплазме ИФ3 взаимодействует с пассивными переносчиками Са2+ в мембране эндоплазматической сети. Он активирует их (открывает), в результате чего повышается концентрация этого иона в гиалоплазме. Таким образом, ионы Са2+ являются третичным посредником данной РСС, участвующим в активации специальных белков. Са+2 в гиалоплазме взаимодействует с кальмодулином (КМ), изменяя его конформацию. Комплекс Са2+-КМ, в свою очередь, контактирует с другими белками, влияя на их конформацию и функциональную активность.

Одним из таких белков является Са2+-кальмодулинзависимая протеинкиназа

(КМЗПК), которая в комплексе с Са2+-КМ приобретает способность катализировать фосфорилирование определенных клеточных белков, изменяя их функции.

Так, данная протеинкиназа путем фосфорилирования инактивируст Са2+-каналы эндоплазматической сети. В результате этого активированные с помощью ИФЗ переносчики Са через некоторое время обязательно инактивируются, предотвращая создание избыточной концентрации Са2+ в гиалоплазме. Таким образом, в данной ситуации сформирована система регуляции по принципу отрицательной обратной связи.

Кроме Ca2+-каналов КМЗПК фосфорилирует (активирует) антипоргер, ионообменник Na+/H+, локализованный в плазмалемме, и целый ряд цитоплазматических белков, например, некоторые транслокаторы ТТС. Фосфорилирование с помощью данной протеинкиназы может вызывать и подавление функций некоторых белков. Это касается одного из факторов трансляции (ЭФ-2), фосфорилирование которого приводит к приостановке процесса синтеза полипептидов.

Ионы Са2+ в гиалоплазме связываются цитоплазматической формой фермента протеинкиназы С (ПКС), которая после этого встраивается в плазмалемму, образуя в ней комплекс с фосфатидилсерином, т.е. превращаясь в липопротеид. Неактивная мембранная ПКС взаимодействует с другим ВП фосфатидилинозитоловой РСС - ДАГ, который находится в БЛС плазмалеммы. Результат этого взаимодействия - активация ПКС, с помощью которой фосфорилируются определенные белки плазмалеммы.

Вчастности, активация ПКС приводит к подавлению функций Са-каналов в плазмалемме, цитоплазматических доменов ряда рецепторов, некоторых ГСБ. С другой стороны, ПКС, как и КМЗПК, стимулирует ионообменник Na+/H+ плазмалеммы. ПКС способна фосфорилировать определенные белки СФ, способствуя перестройке цитоскелета. Это необходимо при активном движении клеток, например, макрофагов.

Вфосфатидилинозитоловой РСС, как и аденилатциклазной, обнаружены не только ГСБс (стимулирующие ФЛС), но и ГСБи (ингибирующие активность ФЛС), т.е. эта система включает антагонистический механизм регуляции. Фосфатидилинозитоловая РСС имеет петлю усиления своей функции. Она обеспечивается ферментом диацилглицероллипазой, которая катализирует гидролиз ДАГ с образованием жирных кислот, в том числе - арахидоновой кислоты. В данной ситуации арахидоновая кислота функционирует как активатор ПКС, т.е. третичный посредник, усиливающий действие вторичного (ДАГ), из которого он и образуется.

Аналогами ДАГ являются	форболовые эфиры, которые не могут
расщепляться в организме. Если они попадают в организм, то становятся
долгодействующим активатором ПКС, которая стимулирует размножение клеток
и, как следствие, возникновение	опухолей.

По отношению к другим РСС, фосфатидилинозитоловая РСС является антагонистом. Это определяется тем, что активация ПКС приводит к

фосфорилированию и подавлению функций рецепторов и ГСБ иных РСС.
Второй	вариант	фосфолипазных	РСС	фосфатидилхолиновая,	или

арахидонатная РСС. Ключевой фермент этой системы представляет собой мембранную фосфолипазу А2 (ФЛА2), специфичную к фосфатидилхолину. Она катализирует его гидролиз с образованием лизофосфатидилхолина и

жирной кислоты, которой		часто	оказывается арахидоновая кислота (АК,
арахидонат). Таким образом, ВП этой РСС				является арахидонат, находящийся
в составе фосфатидилхолина и «отщепляемый» с помощью ФЛА2.					рецепторами	и
Арахидонатная	РСС	активируется		определенными
соответствующими	им ГСБ, которые		стимулируют активность ФЛА2 и образование

www.pervomed.ru

АК с лизофосфатидилхолином. АК, в свою очередь, способна взаимодействовать с целым рядом белков, изменяя их конформацию и функции.

В частности, зарегистрировано ингибирующее действие АК в отношении пассивных переносчиков Na+, Са2+ и Сl, локализованных в плазмалемме. С другой стороны, АК активирует определенные К+-каналы плазмалеммы. В нервных и мышечных клетках это приводит к гиперполяризации мембраны, вызывающей торможение возникновения потенциала действия и других клеточных процессов. В секреторных клетках АК подавляет индуцируемый ионами Са экзоцитоз.

Роль АК заключается и в том, что она способна подвергаться внутриклеточному метаболизму с помощью ферментов циклоксигеназы и липоксигеназы. В результате метаболизма АК образуются биологически активные молекулы (простагландины, тромбоксаны и лейкотриены), регулирующие важные для клеток процессы. К таким процессам относятся полимеризация актина, дезинтеграция

стресс-фибрилл (пучков МФ), активация некоторых генов и деление клеток.

Арахидонатная РСС выступает в качестве антагониста аденилатциклазной РСС, так как АК способна подавлять функции ключевого фермента этой системы, АЦ АК может активировать ПКС и, с этой точки зрения, частично дублировать эффекты фосфатидилинозитоловой РСС.

С другой стороны, функции ФЛА2 могут индуцироваться повышенной концентрацией Са2+ - третичного посредника фосфатидилинозитоловой РСС, которая в данной ситуации дублирует эффекты арахидонатной РСС. Наконец, АК способна взаимодействовать с ГАБ, стимулирующими гидролиз ГТФ в ГСБ, и подавлять их функцию. В этом случае арахидонатная РСС служит усилителем функций других РСС, так как АК увеличивает время работы соответствующих ключевых ферментов РСС.

Третьим вариантом фосфолипазных РСС является сфингомиелиновая, или

церамидная РСС. Ключевой фермент этой системы - одна из форм фосфолипазы С, нейтральная Мg2+-зависимая сфингомиелиназа (СМ). СМ специфична к сфингомиелину и катализирует его расщепление на фосфохолин и церамид, который и представляет собой ВП данной РСС.

Церамидная РСС активируется специальными рецепторами, что, вероятнее всего, через особый ГСБ, приводит к индукции активности СМ и образованию церамида. Этот ВП, в свою очередь, стимулирует активность целого ряда белков, среди которых есть специфические протеинкиназы.

Одной из таких протеинкиназ является протеинкиназа митоз-активирующих белков, индуцирующих деление клеток. Среди протеинкиназ, активируемых церамидом, обнаружена ПКС, не стимулируемая ДАГ, но сходная по функциям с ПКС фосфатидилинозитоловой РСС С этой точки зрения, церамидная РСС может частично дублировать эффекты данной фосфолипазной РСС. Кроме того, церамид способен взаимодействовать с одной из цитоплазматических протеинфосфатаз, после чего она встраивается в плазмалемму и дефосфо-рилирует определенные белки, являясь в

данном случае антагонистом протеинкиназ других РСС, фосфорилирующих эти белки.

Таким образом, рецепторно-сигнальная функция ПА клетки осуществляется сложнейшей суперсистемой связанных между собой РСС. Характер этих связей усложняется и тем, что протеинкиназные домены рецепторов могут иметь одинаковые субстраты фосфорилирования с про-теинкиназами, функционирующими в системах ВП. Взаимодействие рецепторов с сигнальными молекулами вызывает сложный каскад внутриклеточных реакций, приводящих к определенному клеточному ответу.

Существенно, что в клетке имеются механизмы регуляции силы и длительности реакции клетки на сигнал. Так, снижение чувствительности рецепторов к сигналу, или десенти-зация рецепторов, может реализоваться, по крайней мере, двумя путями. Первый из них -фосфорилирование трансдукторных доменов рецепторов, которое препятствует передаче трансформированного сигнала на соответствующий ГСБ. Например, ПКА и ПКС способны действовать на гетерологичные рецепторы, т.е. рецепторы, входящие в другие РСС.

Кроме того обнаружены особые протеинкиназы - киназы рецепторов, которые активируются диссоциированными Сβγ, т.е. передача сигнала в данной РСС подавляется через определенное время одним из собственных элементов этой РСС. В этом случае десентизация рецепторов осуществляется по механизму отрицательной обратной связи. Вторым путем десентизации рецепторов может быть их эндоцитоз после взаимодействия с сигналом и внутриклеточное расщепление в лизосомах.

В некоторых РСС рецепторы оказываются чувствительными к регуляторным белкам арестинам, которые присоединяются к трансдукторному домену рецептора и препятствуют передаче сигнала

на ГСБ. ВП и гетерологичные протеинкиназы могут изменять конформацию и активность ГСБ, ГОБ, ГАБ и ключевых ферментов, что также является элементом регуляции действия РСС.

Сложность работы РСС всей клетки определяется еще двумя обстоятельствами. Во-первых, одну и ту же конкретную РСС можно активировать разными сигналами. Это определяется существованием рецепторов, специфичных к разным сигналам, но имеющих трансдукторные домены, взаимодействующие с одинаковыми ГСБ. Благодаря этому в разных по функциям клетках такие рецепторы активируют функции одинаковых ключевых ферментов. Более того, если подобные рецепторы имеются в составе ПА одной клетки, создается возможность дублирования определенного ответа с помощью разных сигналов.

В частности, аденилатциклазная РСС может активироваться адреналином, адренокортикотропином, липотропином, кальцитонином, глюкагоном. Фосфатидилинозитоловая РСС аналогично реагирует на адреналин, ацетилхолин, гасгрин, вазопрессин (АДГ).

Во-вторых, известны рецепторы, имеющие одинаковую специфичность, но разные трансдукторные домены, т.е. взаимодействующие с различными ГСБ. Вследствие этого, один и тот же сигнал может активировать разные РСС.

Так, адреналин через один тип рецепторов (αl-рецепторы) активирует фосфатидилинозитоловую РСС, а через другой (β-рецепторы) - аденилатциклазную. Существует и третий тин адренэргических рецепторов (α2-рецепторы), посредством которых адреналин

www.pervomed.ru

подавляет активность аденилатциклазной РСС.

Таким образом, разнообразие рецепторов позволяет клетке тонко регулировать свои ответы на внеклеточные стимулы, что необходимо для сохранения гомеостаза в изменчивых условиях существования. При этом важно и то, что одинаковый сигнал, запускающий активность определенной РСС, может реализоваться по-разному в клетках, выполняющих специализированные функции. Такие клетки различаются по набору внутриклеточных белков, поэтому изменение их функций (например, фосфорилирование с помощью

протеинкиназы) вызывает и специфичный для данной клетки ответ на стимул.

Знание механизмов осуществления рецепторно-сигнальной функции имеет

принципиальное значение для медицины. Известно огромное количество

болезней, включая наследственные, причиной которых являются дефекты

конкретных РСС. При этом различные аномалии одной и той же РСС, как

правило, проявляются одинаково, но требуют различных методов лечения.

У человека причиной нанизма (карликовости, при которой рост мужчин не

превышает 130 см, а женщин - 120 см) могут быть различные наследственные

дефекты:

дефицит

гормона

роста,

дефицит

или

аномалии

структуры

рецепторов

гормона роста,

дефицит или аномалии соответствующего ГСБ,

функционирующего в данной РСС. Наконец, у представителей африканского

племени пигмеев нанизм обусловлен наследственным дефицитом соматомедина

С,

медиатора действия гормона роста. Уровень гормона роста у пигмеев

находится в пределах нормы, структура и количество рецепторов этого

гормона и соответствующего ГСБ также являются нормальными.

Дефекты РСС могут приводить к возникновению опухолей. В этом случае

изменяется структура и функции белков РСС,

контролирующих

процесс

деления клетки. Такие наследственно измененные белки объединяют в группу

онкобелков. Доказано, что причиной опухолеобразования могут быть дефекты

определенных гормонов (факторов роста), их рецепторов с протеинкиназными

доменами, рецепторов стероидных и тиреоидных гормонов, определенных ГСБ,

мембранных и цитоплазматических протеинкиназ и транскрипционных факторов,

фосфорилируемых протеинкиназами. Как правило, онкобелки характеризуются

повышенной активностью и нечувствительностью к регуляции в собственной

РСС. Именно это приводит к интенсивному и неконтролируемому делению

клеток - условию возникновения опухоли.

Большое количество патологических состояний организма можно корригировать с помощью

фармакологических препаратов, влияющих на определенные элементы РСС. Практически для

каждого рецептора удается обнаружить вещества, которые не синтезируются в организме, но

способны активировать рецептор (препараты-агонисты) или блокировать его функции

(препараты-антагонисты). При введении агонистов можно добиться усиления активности РСС и

соответствующих

функций организма,

я

при введении антагонистов - ослабления. Естественно,

агонистами формально являются вводимые в организм гормоны или медиаторы при их дефиците.

В определенных нейронах высших животных и человека имеются рецепторы к

пептидным

гормонам

гипофиза

эндорфинам.

Эти рецепторы являются

компонентами

РСС, подавляющей функции АЦ и, соответственно, снижающей

внутринейронный уровень цАМФ. При действии эндорфинов уменьшается

болевая чувствительность

(эффект

анальгезии),

повышается

социальная

общительность,

создается

чувство

благополучия

(эйфория),

подавляются

элементы полового поведения. Все эти эффекты вызываются торможением

определенных нервных процессов, что проявляется в условиях стресса, при

которых уровень эндорфинов в организме повышается.

Агонистами

эндорфинов являются некоторые наркотические вещества,

содержащиеся

в

апие,

например,

морфин

(морфий), поэтому рецепторы

эндорфииов

получили

название

опиатныхрецепторов.

Таким

образом,

прием

морфина вызывает снижение концентрации цАМФ в определенных нейронах,

создавая эйфорическое состояние со снижением болевой чувствительности,

которое не является нормой для организма.

Однократное сильное или регулярное снижение уровня цАМФ в нейронах

вызывает клеточную реакцию, направленную на нормализацию, - увеличение

концентрации ВП. Это выражается в интенсификации синтеза АЦ, количество

которой в плазмалемме существенно увеличивается. В результате после

прекращения действия наркотика уровень цАМФ надолго выходит за пределы

естественной

нормы

(повышается)

из-за

устранения

ингибирующего

действия РСС на АЦ.

Следствием этого является возникновение функциональных рас-

стройств организма, проявляющихся в виде

депрессии

и сильных

болевых

ощущений.

Уровень эндорфинов в организме недостаточен для

преодоления этого состояния, поэтому возникает потребность его

устранения с помощью очередной дозы морфина. Так возникает за-

висимость организма от наркотика,

наркотическая зависимость,

которая

может сформироваться уже после первого приема морфина и ему подобных

препаратов.

В такой ситуации (повышенный уровень АМФ) для достижения

эйфорического

состояния

очередной

прием

наркотика в

исходной

дозе

www.pervomed.ru

оказывается неэффективным, так как количество АЦ превышает ее

нормальный уровень. Следствием этого является развитие

толерантности

(нечувствительности, устойчивости) к данной дозе морфина. На фоне

развития

толерантности

наркоман

(зависимый от наркотика человек)

вынужден принимать более высокую дозу наркотика, приводящую к

дальнейшему увеличению количества АЦ в нейронах. В итоге формируется

порочный круг наркомании: доза - толерантность к ней - увеличение

дозы - толерантность к ней - дальнейшее увеличение дозы и

т.д., -

при котором зависимость от наркотика становится все сильнее и

сильнее.

При наркотической зависимости попытка наркомана прекратить прием

морфина

(опиатных

наркотиков)

вызывает

ломку

-

тяжелые

расстройства

многих функций организма с сильнейшими болевыми ощущениями.

Аналогичный

синдром

отмены наркотика

наблюдается

у

новорожденных

детей матерей-наркоманок. Наркотическая

зависимость

может возникать

и у людей, регулярно принимающих

лекарственные

наркотические

препараты в качестве

анальгетиков

(болеутоляющих средств) для снятия

сильных болевых ощущений, возникающих, например, при многих

онкологических заболеваниях.

Антагонистом эндорфинов является препарат налоксон, который, связываясь с опиатными

рецепторами, не вызывает их активации, но препятствует взаимодействию с эндорфинами или их

агонистами, в частности, морфином. Введение налоксона вызывает усиление болевых ощущений.

Тем не менее, использование этого препарата оправдано в случаях передозировки наркотика или

для предупреждения (профилактики) возникновения наркотической зависимости при назначении

больному наркотических анальгетиков опиатного ряда. Естественно, введение наркоманам

больших доз налоксона (передозировка налоксона) вызывает острую форму синдрома отмены

наркотика - ломку.

Наследственные дефекты (дефициты) эндорфинов или их рецепторов

создают

наследственную

предрасположенность

к

наркомании. В таких

случаях наркотическая зависимость развивается после первого приема

наркотика.

У

некоторых

больных

хроническим

алкоголизмом

обнаруживается

пониженное

количество

опиатных

рецепторов.

Вероятно, дефицит этих рецепторов вызывает частые симптомы депрессии

и болевые ощущения, которые такие

больные

«снимают»

приемом

алкоголя. Алкоголь - тоже наркотик, вызывающий эйфорическое

состояние и анальгезию, но действующий посредством

другого

механизма, не затрагивающего опиатную (эндорфинную) РСС.

В клетках мозга, селезенки и семенников обнаружены 3 вида

рецепторов,

которые

взаимодействуют

с

анандамидом

(этаноламидом

арахидоновой кислоты). Данное соединение синтезируется самим

организмом и активирует аденилатциклазную систему, регулирующую

работу канала для ионов калия.

Оказалось, что эти рецепторы активируются и марихуаной (тет-

рагидроканнабинолом) - наркотическим веществом, содержащимся в

цветках и побегах конопли, из которых путем экстракции

получают

более сильный наркотик

гашиш. Курение марихуаны (гашиша) вызывает

эйфорию, бесконтрольный смех, изменение восприятия времени,

расстройство самосознания с чувством отчуждения собственной психики,

повышение остроты зрения.

Эти эффекты позднее сменяются расслаблением организма, дремотным

состоянием или сном. Высокие дозы наркотика приводят к повышению

частоты

сердечных

сокращений

и

покраснению

конъюнктивы.

Наследственные

дефекты

синтеза

анандамида

создают

предрасположенность к курению марихуаны. Прекращение употребления

данного наркотика, по словам самих больных, приводит к повышению

ясности собственного мышления.

Атропин,

вещество, содержащееся в некоторых растениях (красавка,

белена, дурман и др.), является

антагонистом

нейромедиатора

ацетилхолина.

Он

блокирует

работу

рецепторов

фосфатидилинозитоловой РСС. Попадание атропина в кровь вызывает

очень серьезные последствия для организма. Тем не менее, этот

препарат используют в составе глазных капель для расслабления мышц

зрачка глаза (расширения зрачка).

Внутривенно или внутримышечно атропин можно вводить при отравлении химическими

препаратами, инактивирующими фермент ацетилхолинэстеразу. Такие препараты вызывают резкое

повышение уровня ацетилхолина и гиперфункциональное состояние нервно-мышечной системы -

спазм гладкой мускулатуры, в результате которого может наступить смерть от дыхательной

недостаточности.

В этих случаях подавление атропином функций рецепторов ацетилхолина снижает эффекты

данного нейромедматора. К подобным антиацетилхолинэстеразным препаратам относятся

определенные инсектициды (препараты для борьбы с насекомыми) и боевые отравляющие вещества

нервно-паралитического действия.

При дефиците или аномалиях структуры рецепторов ацетилхолина

развивается

миастения

(мышечная

слабость).

Это

заболевание

www.pervomed.ru

характеризуется необычно сильной утомляемостью мускулатуры из-за

нарушения передачи нервного импульса с нейронов на мышечные волокна. В

наибольшей степени миастения затрагивает наружные глазные мышцы, мышцы

шеи и пояса верхних конечностей.

Нарушение работы РСС может быть, также обусловлено действием ряда

возбудителей инфекционных заболеваний. Например, в составе

токсинов

возбудителей

холеры и

коклюша имеется фермент АДФ-рибозилтрансфераза,

с

помощью которой

происходит

ковалентная

модификация

ГСБ,

функционирующих

в

аденилатциклазной

РСС.

В результате этого целый ряд симптомов,

наблюдаемых

у

больных

холерой

или

коклюшем,

являются следствием

необратимой активации этой РСС в клетках, пораженных соответствующими

бактериальными токсинами.

Контактная

функция

ПА

обеспечивает

взаимодействие

клеток

друг

с

другом или неклеточными структурами. Связи, в которые вступают клетки,

можно рассматривать с различных точек зрения. Так, различают дистантные и контактные взаимодействия.

Дистантные взаимодействия подразумевают влияние одной клетки на другую с помощью гуморальных факторов - молекул, секретируемых клетками во внутреннюю среду организма (кровь, лимфу, тканевую жидкость, спинномозговую жидкость, жидкость желудочков головного мозга). В основе такого типа взаимодействий лежит секреторная функция одних клеток

(экзоцитоз) и рецепторно-сигнальная функция других клеток.

Контактные взаимодействия, или контакты, означают непосредственную физико-химическую связь компонентов ПА клетки с определенными структурами организма. С этой точки зрения, существуют 2 вида контактов: клеточносубстратные и межклеточные. В случае клеточно-субстратных контактов ПА клетки взаимодействует с компонентами организма, не имеющими клеточного строения, например, матриксом соединительных тканей или базальными мембранами (пластинками) эпителиальных тканей. При межклеточных контактах происходит прямое взаимодействие ПА одной клетки с ПА другой.

Оба вида контактов могут быть как временными, так и постоянными, хотя четкую границу между этими вариантами иногда трудно определить. Тем не менее, главной характеристикой временных контактов является не столько их кратковременность, сколько изменения функциональной активности контактирующих клеток. Для постоянных контактов, напротив, характерна стабильность положения и функциональной активности клеток, находящихся в контакте значительное время, часто - весь свой жизненный цикл.

Временные контакты присущи активно передвигающимся клеткам. На основе таких контактов, например, происходит миграция (перемещение) клеток в ходе индивидуального развития многоклеточного организма. В частности, подобным способом первичные половые клетки попадают из желточного мешка эмбриона в еще недифференцированные зачатки гонад (половых желез).

У сформировавшегося организма временные контакты характерны для многих клеток иммунной системы. Например, на основе таких контактов нейтрофилы (вид лейкоцитов) взаимодействуют с эпителиальными клетками капилляров и мигрируют из кровяного русла в тканевой очаг поражения. При определенного типа иммунном ответе лимфоциты вступают во временной контакт

с макрофагами, что является условием запуска реакций приобретенного иммунитета.

Цитотоксические клетки иммунной системы формируют временные контакты с клетками-мишенями, индуцируя тем самым процессы, приводящие к гибели клеток-мишений.

Постоянные контакты являются более универсальными для многоклеточных

организмов. Этот тип контактов лежит в основе формирования, сохранения и функционирования многоклеточных структур (тканей, органов, систем органов). Именно поэтому постоянные контакты рассматриваются в качестве универсальной функции ПА клеток многоклеточного организма.

Вне зависимости от вида и продолжительности контактов, их образование обеспечивается молекулами, входящими в состав ПА клеток. Эти молекулы объединяют термином «клеточные адгезивные молекулы» (КАМ), хотя они представлены разнообразными по структуре белками, гликопротеинами и, возможно, гликолипидами. Во внеклеточном матриксе имеются аналогичные молекулы, обозначаемые как субстратные адгезивные молекулы (САМ).

Таким образом, клеточные контакты формируются на основе взаимодействий между адгезивными молекулами типа КАМ-КАМ (межклеточные контакты) или КАМ-САМ (клеточно-субстратные контакты). Достаточно условно, по характеру связей, КАМ можно подразделить на 3 категории: рецепторные, лигандные и рецепторно-лигандные.

Рецепторные КАМ имеют внеклеточный рецепторный домен, связывающий определенный домен другой адгезивной молекулы, который называют лигандным (связываемым). Рецепторные домены КАМ являются, как правило, белковыми. Лигандные КАМ имеют внеклеточный лигандный домен, который связывается соответствующим рецепторным доменом другой адгезивный молекулы.

Лигандные домены КАМ нередко представляют собой углеводные компоненты гликопротеинов или гликолипидов нлазмалеммы. Рецепторно-лигандные КАМ имеют оба типа доменов (и рецепторный, и лигандный) или один сложный - рецепторно-лигандный. Благодаря этому рецепторно-лигандные КАМ могут взаимодействовать с такой же рецепторно-лигандной адгезивной молекулой.

www.pervomed.ru

Связи рецепторной КАМ с лигандной адгезивной молекулой получили название гетерофильных взаимодействий. Аналогично обозначают и взаимодействие лигандной КАМ с рецепторной адгезивной молекулой. Связь между одинаковыми (рецепторно-лигандными) КАМ называют гомофильным взаимодействием.

Кроме простых взаимодействий, возможны и более сложные, включающие более двух адгезивных молекул. Например, 2 рецепторных КАМ разных клеток могут связывать одну и ту же лигандную молекулу, имеющую, естественно, минимум 2 лигандных домена.

Наиболее изученными рецепторными КАМ являются интегрины и лектины, лигандными КАМ -

протеогликаны,	рецепторно-лигандными КАМ - кадгерины, коннексины, иммуноглобулины и
тайтины.	обеспечивают формирование постоянных клеточных контактов
Все КАМ

определенной структуры, выполняющих не только универсальную контактную функцию ПА клеток, но и некоторые специфические важные клеточные функции.

Постоянные межклеточные контакты (ПМКК) подразделяют на механические, изолирующие и коммуникационные.

Механические, или адгезивные ПМКК выполняют 2 функции. Во-первых, с их помощью создается и сохраняется многоклеточность структур организма. Вовторых, некоторые из них позволяют перераспределять физическую нагрузку, полученную одной клеткой, на другие, контактирующие с ней. Благодаря этому, данная клетка может избежать механических повреждений.

По своей структуре, механические ПМКК подразделяют на простые и сложные. При формировании простых механических ПМКК существенную роль играют специфические и неспецифические взаимодействия между элементами гликокаликса, являющимися надмембранными доменами КАМ. При этом в месте образования контакта расстояние между участками плазмалеммы контактирующих клеток достаточно большое (10-20 нм). Кроме того, для простых контактов характерно отсутствие четкой связи КАМ с элементами

цитоскелета.

Неспецифические взаимодействия КАМ при простых контактах изучены плохо, но есть основания считать, что они формируются за счет электростатических связей между углеводными компонентами мембранных гликопротеинов и гликолипидов. Их количество в зоне контакта велико, так как углеводный компонент здесь развит сильно, поэтому такие взаимодействия

обеспечивают достаточно прочную связь между клетками

Специфические взаимодействия в простых механических ПМКК образуются двумя видами рецепт орно-лигандных КАМ - иммуноглобулинами и кадгеринами

на	основе	гомофильных	взаимодействий:
кадгерин-кадгерин и		иммуноглобулин-иммуноглобулин.	При этом для

разных типов клеток характерны различные варианты как иммуноглобулинов, так и кадгеринов. Кроме того, может быть разной и относительная роль этих КАМ в формировании простых контактов между разными типами клеток: для одного типа клеток более важными являются иммуноглобулины, для другого - кадгерины.

Иммуноглобулины - это огромное семейство гомологичных белков, которые могут быть интегральными, периферическими и немембранными (секреторными). В частности, к иммуноглобулинам относятся антитела, секретируемые В-лимфоцитами при иммунном ответе организма на антигены. Все иммуноглобулины имеют характерные домены, включающие определенные аминокислотные последовательности, концы которых объединены дисульфидными связями. Такие петлеобразные домены называют иммуноглобулиновыми доменами.

К КАМ относятся иммуноглобулины, состоящие из одного полипептида и имеющие особое строение иммуноглобулиновых доменов - домены Н-типа. Чаще всего иммуноглобулиновые КАМ содержат 5 внеклеточных доменов Н-типа и различаются по структуре цитоплазматического домена. Некоторые адгезивные иммуноглобулины не имеют трансмембранного и цитоплазматического доменов, но ковалентно связаны с углеводной головкой мембранного липида фосфатидилинозитола.

При формировании простого механического контакта иммуноглобулиновые КАМ разных клеток взаимодействуют между собой как гомофильные рецепторно-лигандные КАМ. Благодаря этому, контактирующие клетки образуют многоклеточную структуру, которая сохраняется длительное время, поскольку взаимодействие иммуноглобулиновых КАМ происходит без дополнительных условий и факторов.

Кроме иммуноглобулинов, в формировании простых механических контактов могут принимать участие белки кадгерины - КАМ, также способные к гомофильным взаимодействиям. Кадгерины представлены, как и иммуноглобулины, целым семейством белковых молекул, адгезивная функция которых регулируется ионами Са2+.

Каждый кадгерин представляет собой один трансмембранный полипептид, состоящий из более 700 аминокислотных остатков, внеклеточная часть которого формирует рецепторно-лигандный домен и имеет Са2+-связывающий центр. Связывание ионов Са активирует этот домен, и он приобретает способность к гомофильному взаимодействию с таким же доменом молекулы

кадгерина в ПА другой клетки. Кроме того, связав Са2+, кадгерин становится устойчивым к действию протеолитических ферментов, протеаз.

В ПА разного типа клеток обнаруживаются различные варианты кадгеринов (все - Са2+-зависимые), что обусловливает возможность контакта именно между сходными клетками. Так, для эпителиальных клеток характерен кадгерин Е, клеток кишечника - кадгерин Р, нейронов - кадгерин N, клеток легких - кадгерины Р и N, нейроглии - кадгерин R, мышечных клеток - кадгерин М. Кадгериновые КАМ, формирующие простые механические ПМКК имеют

www.pervomed.ru

цитоплазматические домены, которые не взаимодействуют с белками цитоскелета. Таким образом, этот вид контактов обеспечивает элементарную адгезию клеток за счет гомофильных взаимодействий и не имеет других функций, кроме адгезивной.

Сложные механические ПМКК также образуются на основе гомофильных взаимодействий между определенными вариантами кадгеринов. Кроме того, что данные КАМ являются Са2+-зависимыми, они содержат домены, обеспечивающие связь кадгерина с цитоскелетом. Благодаря этому, сложные механические ПМКК выполняют не только адгезивную функцию, но и функцию перераспределения физических нагрузок на контактирующие клетки. Контакты, образованные с помощью таких кадгеринов, называют десмосомами. Различают 2 основных варианта десмосом - точечные и опоясывающие.

Точечные десмосомы характеризуются локальной, ограниченной со всех сторон зоной контакта, в пределах которой участки плазмалемм контактирующих клеток удалены друг от друга на расстояние около 20 нм. Собственно контакт формируют гомологи кадгерина Е - десмоглеины. Десмоглеины имеют крупный рецепторно-лигандный домен, активируемый ионами Са2+ и способный к гомофильному взаимодействию с аналогичным доменом в ПА других клеток.

Точечные десмосомы включают большое количество десмоглеина, благодаря чему во внеклеточной зоне контакта с помощью белка десмоколлина рецепторно-лигаидные домены этих КАМ образуют десмоглеиновый слой, или центральную пластинку. Цитоплазматические домены десмоглеинов взаимодействуют с белками десмоплакинами, в результате чего в периферической гиалоплазме зоны контакта обеих клеток с помощью белка

плакоглобина формируется десмоплакиновый слой, или периферическая пластинка.

Таким образом, точечные десмосомы, в отличие от простых механических контактов, обеспечивают более жесткую связь за счет наличия внеклеточной и внутриклеточных структур - белковых пластинок.

Периферические десмоплакиновые пластинки взаимодействуют со СФ. Это усиливает прочность контакта за счет связи с общей системой цитоскелета, и фактически объединяет цитоскелеты контактирующих клеток в единую систему. Именно такое единство цитоскелетов соседних клеток обеспечивает возможность передачи части механической нагрузки, полученной одной клеткой, на другие, контактирующие с ней клетки.

Опоясывающие десмосомы отличаются от точечных рядом параметров. Вопервых, кадгерины Е таких десмосом имеют иную структуру рецепторнолигандных доменов и не формируют центральную пластинку. Во-вторых, цитоплазматические домены этих КАМ не взаимодействуют с десмоплакинами - периферические пластинки в опоясывающих десмосомах также не образуются. Однако в данном случае цитоплазматические домены кадгеринов связываются с белками опорно-сократительной системы ПА альфа-актинтом и винкулином, которые обеспечивают связь кадгеринов Е с пучком актиновых МФ, взаимодействующих с миозином.

В результате этого формируется зона контакта, представленная в периферической гиалоплазме актомиозиновым кольцом, опоясывающим клетку с внутренней стороны. Такая структура контакта позволяет ему выполнять не только адгезивную, но и сегрегационную функцию. Наличие сплошного контактного пояска приводит к разделению ПА клетки на 2 большие области (компартмента), расположенные по разные стороны опоясывающей десмосомы.

Так как кадгериновый поясок препятствует свободной латеральной диффузии белков плазмалеммы, опоясывающие десмосомы обеспечивают структурно-функциональную дифференцировку ПА клетки, например, на апикальную (верхнюю) и базальную (нижнюю) части. Такой способ дифференцировки ПА широко представлен в клетках эпителиальных тканей, особенно в однослойных эпителиях.

Поскольку компонентом опоясывающих десмосом является актомиозиновое кольцо, оно используется для изменения формы отдельных клеток и, как следствие, целых клеточных слоев. Активация миозина в кольце приводит к сужению соответствующей части клетки. Так как клетки объединены системой опоясывающих десмосом, это вызывает формирование чашевидных или трубчатых структур, стенки которых образованы контактирующими клетками. В частности, именно таким способом в процессе эмбрионального развития хордовых происходит образование зачатка центральной нервной системы - нервной трубки - из участка наружного зародышевого листка, эктодермы.

Механические ПМКК играют существенную роль в жизнедеятельности отдельных клеток и всего многоклеточного организма,поэтому их аномалии могут приводить к различным патологическим состояниям. Так, известны наследственные дефекты механических контактов, вызывающие интенсивное шелушение поверхности рогового слоя эпидермиса кожи,

видимым симптомом которого является головной питириаз, или перхоть.

www.pervomed.ru

С

другой

стороны, интенсивность этого процесса может быть

существенно ниже нормальной, что наблюдается, в частности, при

вульгарном ихтиозе (аномальном утолщении участков эпидермиса).

Нарушение структуры некоторых белков, формирующих десмосомы между

эпителиальными клетками, приводит к тяжелому заболеванию

-

пемфигусу,

или

пузырчатке

кожи. При этой болезни, которая может

быть наследственной, на коже образуются многочисленные волдыри

(пузырьки) из-за просачивания тканевой жидкости через эпидермис,

который является более рыхлым вследствие нарушения механических

контактов. Пузырчатка способна проявляться не только на уровне

эпидермиса кожи, но и эпителиев слизистых оболочек.

К

таким белкам

относится

плектин

-

элемент цитоскелета,

представленный в десмосомах клеток ороговевающего эпителия кожи.

Здесь он обеспечивает почную фиксацию клеток ороговевающего слоя к

слою нижележащих клеток. Наследственные дефекты структуры плектина

вызывают

развитие

простого

врожденного булезного эпидермолиза

(пузырчатого разрушения эпидермиса). При данном заболевании на

участках кожи, подвергающихся сдавлению или трению,

образуются

пузыри. Через некоторое время эти пузыри исчезают или оставляют

после себя

очаги гиперпигментации

(пятна

темного цвета).

Плексин

обнаруживается и в мышечных волокнах, где вместе с

десмином (белком мышечных скелетных фибрилл)

и белком кожи и мышц

HD1

участвует в прикреплении к плазмалемме сократительного

актомиозинового аппарата скелетной мускулатуры. Такая ситуация у

больных простым врожденным булезным эпидермолизом

приводит

к

развитию и

мышечной дистрофии, проявляющейся в позднем возрасте.

Наследственные аномалии формирования десмосом являются одной из

причин

мукоэпителиальной дисплазии

(нарушения развития слизистого

эмителия),

которая

характеризуется

поражением всех

слизистых

оболочек,

катарактой

(помутнением хрусталика глаз),

кератозом

(утолщением

эпидермиса

кожи),

алопецией

(выпадением

волос),

фотофобией

(светобоязнью)

и

повышенной

чувствительностью

к

респираторным и кишечным инфекциям.

Дефекты

механических контактов, включая наследственные, могут

быть одной из причин образования

метастазов

(вторичных

опухолей)

у

онкологических больных. Существенно, что само раковое перерождение

клетки нередко приводит к ослаблению механических

контактов между

опухолевыми клетками. В результате отдельные раковые клетки обособляются

от опухоли, попадают в другие части организма и формируют там вторичные

опухоли.

Изолирующие

контакты

(плотные

контакты,

или

зоны слияния)

являются

вторым видом ПМКК. Изолирующие контакты, как и все другие, выполняют универсальную адгезивную функцию. Однако для них характерна и специфическая, главная функция - создание клеточных внеклеточными средами (пространствами).

Это выражается в формировании слоя клеток, который препятствует движению крупных молекул из одной среды в другую, т.е. через клеточный барьер. Именно поэтому изолирующие контакты очень характерны для эпителиальных тканей, выстилающих полости внутренних органов, сосудов, каналов или являющихся компонентом наружного покрова организма (кожи).

Изолирующие контакты образуются с помощью Са2+-независимых интегральных белков плазмалеммы, белков изолирующих контактов. Структура этих белков такова, что их трансмембранные домены взаимодействуют друг с другом в БЛС плазмалеммы и формируют изолирующие полоски, опоясывающие клетку по окружности.

Собственно межклеточный контакт является результатом гомофильного взаимодействия между белками изолирующих полосок ПА разных клеток. При этом, в отличие от механических контактов, плазмалеммы контактирующих клеток сильно сближаются, и тесная связь между изолирующими полосками создает сплошной белковый барьер, не проницаемый для относительно крупных молекул.

Количество изолирующих полосок в зоне контакта может быть разным, что зависит от функций эпителиального барьера. Так, в эпителии почечных клубочков, где осуществляется интенсивная фильтрация плазмы крови с образованием первичной мочи, число изолирующих полосок не превышает двух. Благодаря этому в первичную мочу попадают вещества, подлежащие дальнейшему выводу из организма (например, мочевина). Однако при этом в первичной моче оказываются и необходимые организму органические молекулы (глюкоза, аминокислоты), которые затем приходится реабсорбировать в

www.pervomed.ru

почечных канальцах.

Вторичная моча, содержащая вредные для организма вещества, накапливается в мочевом пузыре. В эпителии этого органа формируются мощные зоны изолирующих контактов, включающие до 8 изолирующих полосок, располагающихся не только параллельно, но и под утлом друг к другу. В результате через такую зону во внутреннюю среду организма из мочевого пузыря не проникают даже такие мелкие молекулы, как мочевина (карбамид).

При высоких функциональных нагрузках на эпителий степень изоляции может усиливаться. Это достигается тем, что белки изолирующих полосок взаимодействуют с элементами цитоскелета, чаще всего - МФ, которые, в свою очередь, фиксируются МТ.

Изолирующие контакты, как и опоясывающие десмосомы, служат для разделения ПА клеток на апикальный и базальный компартменты, так как изолирующие полоски препятствуют миграции белков плазмалеммы через зону контакта. Так, в апикальной части ПА эпителиальных клеток тонкой кишки, обращенной в полость, локализуются активные переносчики глюкозы (Naсимпортеры), а в базолатеральной - пассивные переносчики GluT. Благодаря этому, транспорт глюкозы осуществляется в направлении «полость кишки -> эпителий кишечника -> межклеточная жидкость -> кровеносный сосуд.

Аномалии изолирующих контактов приводят к тяжелым последствиям. Примером такого дефекта является протеинурия (наличие белков в моче), обусловленная ослаблением изолирующих контактов в эпителии почечных

клубочков, благодаря чему в первичную мочу попадают не только малые органические соединения, но и крупные - белки. Кроме наследственных

причин, протеинурия может быть следствием высоких физических нагрузок и нередко наблюдается, например, у спортсменов в ходе или сразу после

соревнований.

Коммуникационные контакты являются третьим видом ПМКК. Как и другие виды контактов, коммуникационные контакты обеспечивают адгезию определенных клеток. Однако, их основная и специфическая функция - передача химических сигналов из одной клетки в другую.

Благодаря этому коммуникационные контакты иногда называют химическими контактами. Наличие таких контактов обеспечивает структурную и функциональную кооперацию контактирующих клеток, проявляюшуюся согласованностью их действия в многоклеточном организме и взаиморегуляции. Известны 2 варианта коммуникационных контактов: щелевые

и синоптические.

Щелевые контакты, или нексусы, обеспечивают прямую передачу химического сигнала из гиалоплазмы одной клетки в гиалоплазму другой, контактирующей с ней, клетки. Такая передача осуществляется с помощью специальных интегральных белков плазмалеммы коннексинов.

Коннексины представляют собой полипептиды, включающие около 280 аминокислотных остатков и формирующие 4 трансмембранных альфа-спиральных домена в БЛС В клетках разною типа обнаруживаются различные варианты коннексинов в отношении своей первичной структуры, но

имеющие универсальную третичную структуру.

В БЛС коннексины взаимодействуют друг с другом и формируют коннексон канал, состоящий из 6 молекул коннексина. Собственно щелевой контакт образуется путем взаимодействия внеклеточных доменов коннексинов, входящих в состав коннексонов разных клеток, т.е. за счет гомофильных взаимодействий. В результате формируется единая для обеих контактирующих клеток канальная структура с диаметром канала порядка 2 нм (диаметр самой структуры составляет 8 нм).

При этом, как и в случае изолирующих контактов, плазмалеммы в районе контакта сближаются до расстояния 2-4 нм. Как правило, зона щелевого контакта включает сотни коннексонов, расположенных рядом друг с другом. Это обеспечивает достаточно интенсивный и локальный поток молекул между

контактирующими клетками.
Диаметр коннексонных каналов (2 нм) позволяет переходить из одной клетки в другую путем ПТ (по
градиенту концентрации) частицам и молекулам, имеющим молекулярную массу до 1000. К ним
относятся разнообразные ионы, моносахариды, аминокислоты, некоторые витамины, стероидные гормоны
и нуклеотиды, включая циклические. С другой стороны, пептиды, олигосахариды и олигонуклеотиды не
способны проходить через канал коннексонов из-за своих крупных размеров.					равномерного
Щелевые	контакты	дают	возможность	относительно

распределения между контактирующими клетками важных внутриклеточных метаболитов, например, глюкозы и аминокислот. Благодаря этому, обеспечивается взаимное снабжение такими метаболитами, предотвращающее или их сильный дефицит в отдельных клетках, или, наоборот, избыточное накопление.

Не менее важной функцией щелевых контактов является передача сигнальных молекул, вызывающих определенные клеточные реакции: ионов, стероидных гормонов, цАМФ, цГМФ и т.п. Это позволяет целой группе

www.pervomed.ru

контактирующих между собой клеток согласованно и однозначно реагировать на сигнал, полученный отдельными клетками.

Например, если в одной из клеток активируется аденилатциклаза, в ней происходит увеличение концентрации цАМФ, который по своему градиенту будет диффундировать через коннексоны в соседние клетки. Тогда во всех этих клетках произойдет активация протеинкиназы А, что вызовет одинаковую реакцию всех контактирующих клеток.

Щелевые контакты характерны для клеток тканей и органов, в которых очень важным является быстрое и согласованное действие всех клеток. К таким тканям относятся миокард (сердечная мышца) и гладкая мускулатура, клетки которых объединены большим количеством щелевых контактов.

В миокарде через коннексоны транспортируются ионы Na+, благодаря чему кардиомиоциты быстро передают друг другу возбуждение. Результатом этого является согласованное сокращение и расслабление кардио-миоцитов и сердечной мышцы в целом. Щелевые контакты, функционирующие за счет потока ионов, называют электрическими синапсами, так как через них распространяется электрический мембранный потенциал.

Особенно много щелевых контактов образуется между клетками гладкой мускулатуры стенки матки млекопитающих, включая человека. Это обеспечивает эффективное протекание процесса родов - вывода плода из матки за счет сократительной деятельности ее мускулатуры. Аналогичным

образом	обеспечиваются		процессы	перистальтики		(волнообразного
сокращения)	стенок	пищеварительного		тракта	(пищевода,		желудка,

кишечника), в результате чего его содержимое в норме перемещается в

определенном направлении.

Функционирование коннексонов подвержено регуляции со стороны клетки. В частности, коннексины способны фосфорилироватьея с помощью протеинкиназы А, активируемой цАМФ, что поддерживает открытое состояние канала коннексона. С другой стороны, сильное увеличение уровня ионов Са2+ в клетке приводит к подавлению проводящей способности щелевых контактов. Вероятно, это служит механизмом предотвращения кальциевой перегрузки соседних клеток, гак как, закрыв свои каналы, данная клетка изолируется от контактирующих с ней клеток. Аналогичные последствия (закрытие каналов) вызывает также снижение уровня рН периферической гиалоплазмы.

В миокарде сокращение клеток индуцируется повышением концентрации Са2+, которое, в свою очередь, обеспечивается током Na+ через коннексоны, т.е. деполяризацией плазмалеммы. В этом случае Са2+-зависимое закрытие коннексонов обеспечивает временную неспособность клеток к повторному сокращению (рефрактерный период) и служит условием реполяризации мембраны, необходимой для очередного сокращения. В результате создается

циклический механизм сопряжения процессов возбуждения и сокращения,

который принципиально важен для нормальной работы кардиомиоцитов.

Нарушения структуры, функции и регуляции работы щелевых контактов

изменяют скорость и некоторые другие особенности проведения химических

сигналов, что

может приводить

к

определенным

патологическим

состояниям.

В частности, дефекты на уровне функций коннексонов в

кардиомиоцитах

являются одной

из причин

сердечных аритмий - нарушений ритма сердечных

сокращений.

Очень

серьезные

последствия

вызывают

аритмии,

характеризующиеся фибрилляцией

(мерцанием) миокарда.

распространяется

Так,

при

фибрилляции

желудочков

сердца

возбуждение

по ним хаотически, приводя к нарушениям их функций, вызывающих остановку

кровообращения,

потерю

сознания

и

гибель

организма

через

несколько

минут. Фибрилляция желудочков является самой частой причиной смерти при

электротравмах. Тем не менее, в определенных условиях с помощью

электрического тока можно устранить фибрилляцию - осуществить

дефибрилляцию.

проводится

специальным

прибором

дефибриллятором,

который подает

Эта

процедура

одиночный короткий электроимпульс величиной в несколько ампер. При отсутствии

электродефибриллятора больному вводят лекарственный препарат лидокаин, который блокирует

каналы для ионов Na+

и укорачивает рефрактерный период кардиомиоцитов.

Нарушения структуры и функции коннексонных контактов клетки могут

быть

причиной

возникновения

опухолей.

Клетка,

изолированная

информационно от соседних, выходит из-под общетканевого контроля и

нередко начинает интенсивно делиться из-за нарушения механизмов так

называемого

«контактного

торможения».

В результате неконтролируемого

деления возникает опухоль, которая при определенных условиях может стать

злокачественной.

Дефекты щелевых контактов наряду с аномалиями десмосом приводят не

развитию наследственной мукоэпителиальной дистрофии (см. ранее).

Синаптические

контакты,

или

химические

синапсы,

являются

вариантом

коммуникационных контактов, характерным для нейронов. Кроме межнейронных взаимодействий, с помощью химических синапсов обеспечивается информационная связь между нейронами и другими типами клеток, например, мышечными.

В синаптических контактах между специализированными участками ПА

www.pervomed.ru

контактирующих клеток формируется синапс. Он включает участок ПА клетки, которая передает сигнал, пресинаптическую мембрану, и участок ПА клетки, получающей сигнал, постсиноптическую мембрану. Между этими мембранами имеется пространство, синоптическая щель, шириной около 20 нм, в которой находятся адгезивные молекулы углеводной природы - гликозаминогликаны (мукополисахариды).

Вероятнее всего, они служат лигандными САМ для определенных рецепторных КАМ, локализованных в пре- и постсинаптической мембранах. В качестве рецепторных КАМ в этом случае могут выступать интегрины, обеспечивающие адгезию в зоне синапса путем гетерофильных

взаимодействий типа KAM1-CAM-KAM2.

С помощью синаптических контактов происходит передача возбуждения с нейронов на другие клетки. В этом случае потенциал действия (ток ионов Na+, деполяризующий мембрану аксона) достигает пресинаптической мембраны и активирует потенциал-зависимые Са-каналы. Возникающий поток ионов Са2+ в аксон индуцирует экзоцитоз нейромедиаторов (например, ацетилхолина) из мембранных пузырьков в синаптическую щель.

Попав в синаптическую щель, нейромедиатор диффундирует к постсинаптической мембране, где взаимодействует с переносчиками ионов или другими клеточными рецепторами. Это приводит к их активации, в результате чего клетка, получившая сигнал в виде нейромедиатора, адекватно реагирует на этот сигнал. В случае нейронов или мышечных клеток первичный клеточный ответ на нейромедиатор реализуется в виде деполяризации постсинаптической мембраны.

Такой способ передачи сигнала является более медленным, чем в щелевом контакте (электрическом синапсе). Однако, химические синапсы обеспечивают более тонкую регуляцию процесса передачи сигнала. Например, его сила может определяться числом секретируемых молекул медиатора. Так как нейромедиаторы в синаптической щели подвергаются ферментативному расщеплению или обратному згжвату, продолжительность действия сигнала можно регулировать

путем подавления или стимуляции соответствующих ферментов и переносчиков.

Возможность модулирования режима работы синаптических контактов

используется в медицинской практике. Например, одной из причин

депрессии

является

дефицит

нейромедиатора

норадреналина

в синаптических щелях

определенных нейронов. Для лечения таких состояний можно использовать

антидепрессанты с различным механизмом действия.

Трициклические антидепрессанты

(имипрамин, амитриптилин) блокируют

работу переносчика пресинантической мембраны, осуществляющего обратный

транспорт избытка норадреналина из синаптической щели. В результате этого

количество нейромедиатора в химическом синапсе возрастает, компенсируя

эффект его дефицита и снимая состояние депрессии. К аналогичным

последствиям

приводит

применение

антидепрессантов,

ингибирующих

активность

ферментов

катехоламин-О-метилтрансферазы

или

моноаминоксидазы,

инактивирующих норадреналин в самих нейронах.

Кокаин

-

вещество, содержащееся в растении кока, - обладает мощным

стимулирующим действием и является наркотическим соединением. Механизм

его действия основан на инактивации обратных переносчиков (связывании с

ними) нейромедиаторов дофамина и норадреналина в пресинаптической

мембране, т.е. увеличении концентрации этих нейромедиаторов в

синаптической щели.

Считается, что дофамин является важным элементом «системы награды»

головного мозга, поэтому при употреблении кокаина очень быстро

развивается сильная психическая зависимость от него. Прием кокаина

вызывает чувство психического подъема и

эйфорию

(повышенное благодушное

настроение в сочетании с беспечностью и некритической оценкой своего

состояния).

активности

этого

наркотика

в организме

очень

короткий,

Период

поэтому зависимость от него выражается в частых приемах кокаина

(несколько раз в день). Через несколько дней такой интоксикации может

развиться

состояние,

напоминающее

параноидальную шизофрению

(утрату

единства психических процессов и нарушение мышления, сопровождающиеся

бредом и галлюцинациями).

Кокаин обладает выраженным сосудосуживающим действием, способным

вызвать

судороги

и

инфаркт

миокарда.

Передозировка

этого

наркотика

обычно приводит к смерти. Прием кокаина беременными женщинами вызывает

появление

«кокаиновых

детей»,

имеющих патологии физического и

психического развития или погибающих внутриутробно. Сходными, но менее

выраженными, чем у кокаина эффектами обладает синтетический наркотик

амфетамин

и его производные, например, «экстази».

Кроме ПМКК, для многоклеточного организма характерны и клеточно-

субстратные контакты,

при которых КАМ взаимодействуют с неклеточными

структурами

-

компонентами

внеклеточного

матрикса,

субстратными

адгезивными молекулами (САМ), секретируемыми соответствующими клетками.

Один из наиболее универсальных вариантов внеклеточного матрикса - базальные мембраны, представляющие собой структуры толщиной 20-200 нм в зависимости от типа ткани, отделяющие

www.pervomed.ru

слой клеток от других. Строение базальных мембран разных органов неодинаково, причем даже в одном органе можно обнаружить несколько их вариантов. Являясь местом фиксации определенных клеток, базальные мембраны создают и поддерживают пространственную организацию тканей и органов, служат барьером для макромолекул и влияют на цитодифференцировку.

Взаимодействие между клетками и внеклеточным матриксом определяется соответствующими КАМ и САМ, принадлежащими к различным семействам адгезивных молекул. Наиболее универсальные КАМ, участвующие в клеточносубстратных контактах, относятся к семейству интегринов, или интегриновых рецепторов.

Все интегрины являются гетеродимерными гликопротеинами, т.е. состоят из двух негомологичных субъединиц. Определяющую роль в контактной функции играет Β-субъединица, имеющая α-спиральный трансмембранвый домен, короткий цитоплазматический домен и крупный наружный домен с петлей, образованной дисульфидной связью Рецепторный домен содержит участки связывания определенных лигандных доменов САМ и внеклеточного домена α- субъединицы интегрина. Цитоплазматический домен Β-субъединицы способен взаимодействовать с цитоскелетом посредством группы специальных белков (талин, тензин, винкулин), связывающих интегрины с актиновыми МФ. Некоторые интегрины взаимодействуют не с МФ, а СФ.

Вторая субъединица интегринов, α-субъединица. выполняет регуляториую функцию в отношении β-субъединицы. В частности, она необходима для связывания β-субъединицы как с САМ, так и цитоскелетом. Как правило, α-субъединица представлена двумя разными полипептидными цепями, объединенными дисульфидной связью по типу «конец в конец» Очевидно, обе цепи являются продуктами гидролиза одного исходного полипептида, так как α- субъединицы некоторых интегринов являются длинной полипептидной молекулой, не подразделенной на цени.

Легкая, более короткая цепь α-субъединицы интегринов имеет α-спиральный трансмембранный домен и короткий Цитоплазматический домен, взаимодействующий с аналогичным доменом β-субъединицы. Тяжелая, более крупная цепь является внеклеточной - ее проксимальный конец связан дисульфидным мостиком с дистальным внеклеточным доменом легкой цепи. Дистальная часть тяжелой цепи образует глобулярный регуляторный домен, содержащий центры связывания ионов Са2+ или, реже, Mg2+.

Связывание двухвалентных катионов приводит к изменению конформации глобулярного домена тяжелой цепи и его взаимодействию с петлеобразным участком рецепторного домена β- субъединицы. Результатом этого является активация адгезивных свойств интегрина, который приобретает свойство взаимодействовать с МАМ и цитоскелетом.

Интегрины представляют собой Са2+(Мg2+)-зависимые КАМ, способные связываться с цитоскелетом. В этом отношении они аналогичны кадгеринам КАМ десмосом. Однако, если кадгерины скрепляют цитоскелеты контактирующих клеток, интегрины формируют связь между цитоскелетом и внеклеточным матриксом.

Функции интегринов регулируются не только двухвалентными катионами. Цитоплазматический домен интегрина может фосфорилироваться определенными протеинкиназами, в результате чего интегрины изменяют свои адгезивные свойства. Это позволяет клетке временно терять контакт с внеклеточным матриксом и осуществлять перестройку цитоскелета.

В пределах ПА клеток одного организма обнаруживается несколько видов интегринов. Существует не менее 7 вариантов β-субъединиц и более 10 α-субъединиц, которые способны взаимодействовать друг с другом в определенных комбинациях. В частности, β1 субъединица может ассоциировать с семью разными α-субъединицами, β2-субъединица - с тремя другими α- субъединицами. Следствием этого является формирование широкого спектра разнообразия интегриновых рецепторов и отличия наборов интегринов в ПА разного типа клеток.

Интегрины способны связывать лигандные домены различных САМ, образованные специфическими последовательностями аминокислот. Наиболее известным лигандным доменом для интегринов является трипептид «-Apr-Гли- Асп-», или RGD-последователъность, которая присутствует во многих белках внеклеточного матрикса, например, фибронектине, ламинине, коллагене I и др.

Фибронектин - наиболее универсальный белковый компонент внеклеточного матрикса, причем одна из его форм (секретируемая гепатоцитами) свободно циркулирует в плазме крови. Молекула фибронектина представляет собой гомодимер, в котором 2 одинаковых полипептида соединены в области С-концов дисульфидными связями. Протомеры фибронектина формируют глобулярные адгезивные домены пяти разных типов, один из которых специфичен для фибронектина, а остальные встречаются и в других адгезивных молекулах. Среди них имеются и RGD-последовательности, так что клетки с определенными интегринами способны взаимодействовать с фибронектином внеклеточного матрикса

Не менее важной, чем фибронектин, САМ является ламинин, состоящий из трех разных полипептидов (А, В1 и В2), которые объединены дисульфидными связями и формируют крестообразную структуру. В гетеротримерной молекуле ламинина имеется несколько адгезивных доменов, с которыми взаимодействуют различные интегрины. Как и в случае фибронектина, некоторые адгезивные домены ламинина содержат RGD-последовательности.

Особым видом САМ являются протеогликаны - специфический вариант гликопротеинов, в которых ведущую роль играют гликозаминогликаны. Гликозаминогликаны - это сложные полисахариды (мукополисахариды), включающие аминосахара и уроновые кислоты в сульфатированной форме. Во внеклеточном матриксе они связывают большое количество воды, обеспечивая эластичность матрикса. Кроме того гликозаминогликаны обладают адгезивными свойствами но отношению к интегринам и некоторым другим КАМ Они могут ковалентно соединяться с определенными белками, образуя молекулу протеогликана, содержащую более 100 гликозаминогликановых цепей.

Протеогликаны являются не только САМ, но и КАМ, входя в состав ПА клеток. В этом случае, взаимодействуя с фибронектином или ламинином, они обеспечивают еще один механизм клеточно-субстратных контактов. Более того, протеогликаны могут формировать межклеточный контакты за счет гетерофильных взаимодействий с интегринами ПА другой клетки

www.pervomed.ru

Сила клеточно-субстратных контактов может регулироваться путем
секреции клетками особых гликопротеинов -						антиадгезивных молекул
(тенасцин, тромбосподин), которые ослабляют или разрушают контакты.
Вероятно, механизм действия антиадгезивных молекул является конку-
рентным, так как они имеют Са2+-связывающие домены и способны взаи-
модействовать	с	интегринами,		фибронектином,			ламинином		и
протеогликанами.	клеточно-субстратных			контактов			может	вызывать
Нарушения
серьезные последствия для организма. Так, известен наследственный
дефект лейкоцитарной адгезии, при котором больные подвержены часто
повторяющимся бактериальным инфекциям. У них β-субъединица
интегринов ПА лейкоцитов имеет аномальную структуру, в результате
чего эти клетки не способны выполнять свои иммунные функции.
Некоторые опухолевые клетки секретируют повышенное количество
антиадгезивных молекул			и приобретают способность формировать
метастазы - легко отделяются от внеклеточного матрикса и мигрируют в
другие части организма, где дают начало вторичным опухолям
(метастазам).
Метастазирование определяется и тем, что клетки обладают спо-
собностью перемещаться в районы с большим количеством внеклеточного
матрикса (так	называемый		гаптотаксис).		Многие опухолевые			клетки

секретируют меньшее количество компонентов матрикса, чем нормальные, поэтому направляются в нормальные ткани и органы, т.е. становятся

инвазивными.

Функция узнавания, или родства, ПА клеток реализуется на основе двух других универсальных функций: контактной и рецепторно-сигнальной. Она проявляется контактными взаимодействиями между определенными типами клеток или определенных клеток со специфическими вариантами внеклеточного матрикса. Такие контакты (и постоянные, и временные) имеют очень большое

значение при	гистогенезе	(формировании тканей) и	органогенезе
(образовании органов) в ходе развития зародыша, эмбриогенеза.

Функция узнавания играет существенную роль при направленном движении клеток. Так, первичные половые клетки высших позвоночных, образуясь в

желточном мешке зародыша, мигрируют в зачаток гонад	(половых желез)
вдоль градиента специального пептида, телоферона,	секретируемого
клетками гонад.

В данном случае телоферон выступает в качестве сигнальной молекулы, которая, взаимодействуя со специальными рецепторами первичных половых клеток, активирует их способность к движению и временным контактам с определенными адгезивными молекулами. Градиент телоферона определяет, в каком направлении должна двигаться клетка, используя временные контакты с субстратом (матриксом или ПА других клеток) на пути своей миграции. Такое перемещение вдоль градиента концентрации химических молекул называют хемотаксисом.

Тимоциты (предшественники Т-лимфоцитов), формируясь в красном костном мозге, сначала попадают в тимус (вилочковую железу) и дифференцируются здесь в Т-лимфоциты, которые «расселяются» из тимуса в органы и ткани.

Различные лимфоциты имеют в своем ПА разные виды КАМ - хоуминг-рецепторы Хоуминрецепторы взаимодействуют с определенными, разными для различных тканей, адгезивными молекулами адрессинами. В результате этого одна часть Т-лимфоцитов оказывается в лимфатических узлах, другая - в селезенке, третья - в слизистой оболочке дыхательных путей, четвертая - в стенке кишечника и т.д. Оказавшись в специфическом окружении, Т-лимфоциты выполняют свои универсальные иммунные функции, некоторые параметры которых могут модифицироваться в зависимости от местонахождения этих клеток.

Таким образом, функция узнавания реализуется благодаря разнообразию вариантов гомологичных КАМ и существованию разных типов КАМ. При этом особое значение имеет то, что в ПА по-разному дифференцированных клеток представлены разные наборы КАМ. Все это обеспечивает высокую специфичность взаимодействий, которая сохраняется при формировании постоянных контактов.

Существование и значимость этой функции демонстрируется в опытах по мацерации многоклеточных структур - превращении их в смесь неконтактирующих клеток. Если подвергнуть мацерации ранний эмбрион млекопитающего и перемешать его клетки, через некоторое время происходит образование постоянных контактов между клетками одинаковых тканей и формируется

подобие исходного зародыша				особенно наследственные, вызывают целый
Дефекты	функции	узнавания,
ряд патологических состояний. Так, известны наследственные аномалии
рецепторов к факторам хемотаксиса нейтрофилов (вид лейкоцитов), которые
образуются в очагах инфекции. В результате этого нейтрофилы,
циркулирующие в крови, теряют способность перемещаться в очаг
поражения, где они должны фагоцитировать возбудителей болезни. Люди,
обладающие	такими		дефектными		нейтрофилами,	страдают	частыми
инфекционными заболеваниями, протекающими в тяжелой форме.
При наследственных			дефектах	рецепторов к телоферону первичные половые
клетки не	попадают	в	зачатки	половых желез. В результате этого			гонады

www.pervomed.ru

остаются в зачаточном состоянии, не секретируют половые гормоны и развивается дисгенезия гонад (недоразвитие половых желез). Больные

женского пола при таком дефекте характеризуются половым инфантилизмом - остановкой полового созревания (недоразвитием наружных половых органов,

молочных желез и стерильностью) и низким ростом (120-140 см). Больные с мужским набором половых хромосом (XY) имеют женский тип развития, причем

половые органы (яйцеводы, матка, влагалище, половые губы) у них

недоразвиты и молочные железы не развиваются.

Опорно-двигательная функция ПА клетки осуществляется с помощью COCA, основными элементами которой являются МФ, СФ и МТ, а также двигательные белки миозины и транслокаторы (динеин, кинезин, динамин и др.).

Опорный компонент этой функции реализуется на основе формирования цитоскелета, определяющего форму клеток. Благодаря этому, многие клетки имеют относительно постоянную и характерную форму. Например, эритроциты млекопитающих существуют в виде двояковогнутых дисковидных элементов, что обеспечивается специфическими белками спектрином, F-актином и др., взаимодействующими с белками плазмалеммы.

«Разветвленная» форма нейронов образуется с помощью специфичных для них СФ - нейрофиламентов, причем особенности строения нейритов (нервных

отростков) зависят и от МТ.

Дефекты цитоскелета являются причиной многих серьезных заболеваний: определенных форм миодистрофий (слабость скелетных мышц), кардиомиопатий

(аномалий сердечной мышцы), нейропатии (дефектов нейронов) и т.д. Очевидно, аномалии цитоскелета могут вызывать перерождение нормальных

клеток. В частности, известен случай образования опухолевых клеток в результате дефекта генов, контролирующих структуру белка актина, основного компонента МФ.

Двигательный компонент функции может проявляться в различных аспектах. Один из них - динамичность формы клетки за счет изменения участков ее

ПА, примером чего является транспорт в мембранной упаковке, особенно фагоцитоз. В этом случае существенную роль играет АМС, определенные дефекты которой блокируют данный процесс.

Известна наследственная аномалия, приводящая к тому, что фагоциты

(макрофаги и нейтрофилы) теряют способность к фагоцитозу. Это, в свою

очередь, вызывает повышенную чувствительность людей с таким дефектом к различным бактериальным инфекциям.

АМС принимает участие в специфических изменениях формы клеток. Примерами этого являются актомиозиновые «кольца» в опоясывающих десмосомах и делящихся клетках животных. В последнем случае, такое кольцо перетягивает цитоплазму клетки, в результате чего она делится надвое.

Очень большое значение АМС имеет в мышечных клетках, обеспечивая их сократительную функцию. Нарушения этой функции вызывают очень тяжелые

последствия для организма, являясь причиной миопатий и миодистрофий.

В клетках, способных в норме двигаться по субстрату (макрофаги,

нейтрофилы), наследственные дефекты АМС вызывают патологическое состояние, названное парализованные фагоциты. Люди с такой аномалией страдают повышенной чувствительностью к инфекционным заболеваниям.

ТТС обеспечивают иные аспекты двигательного компонента опорнодвигательной функции - внутриклеточный транспорт мембранных пузырьков.

И в данном случае нарушение функционирования транспортных систем

вызывают патологию. Например, в нейронах это приводит к снижению

скорости передачи нервного импульса в синаптическом контакте. В клетках,

имеющих специализированные органоиды движения - реснички и жгутики, наследственные дефекты тубулин-динеиновой системы блокируют их

подвижность.

Такова причина синдром неподвижных ресничек, при котором резко

повышается чувствительность к инфекционным воспалениям слизистых

носоглотки, дыхательных путей и среднего уха, содержащих эпителиальные клетки с ресничками. Мужчины с этим синдромом являются бесплодными из-

за неподвижности сперматозоидов, так как движение мужских гамет

обеспечивается тубулиндинеиновой системой аксонемы их хвоста.

Метаболическая функция ПА клетки определяется тем, что в составе всех его элементов (гликокаликсе, плазмалемме и периферической гиалоплазме) обнаруживаются ферменты. Благодаря этому, ПА принимает участие в процессах синтеза и расщепления органических веществ, т.е. в метаболизме клетки. Спектр разнообразия ферментов в ПА может быть достаточно большим; например, в ПА гепатоцитов содержит не менее 25 видов ферментов, катализирующих соответствующие реакции.

Na/К-АТФаза,

www.pervomed.ru

Примером ферментов гликокаликса являются гидролазы - периферические белки эпителия тонкой кишки. Здесь они обеспечивают пристеночное пищеварение, катализируя расщепление углеводов (гликозидазы), липидов (липазы), белков и пептидов (протеазы, протеиназы, пептидазы) и нуклеиновых кислот (нуклеазы).

Наследственные дефекты таких ферментов приводят к разнообразным

расстройствам пищеварения. Например, наследственный дефицит лактазы, катализирующей расщепление лактозы на галактозу и глюкозу, проявляется

сразу после рождения, так как лактоза является компонентом материнского

молока. Характерными симптомами этой непереносимости лактозы являются

спазмы кишечника, метеоризм (скопление газов в кишечнике) и диарея

(понос). В данном случае накопление лактозы, не расщепившейся в тонком кишечнике: вызывает ее частичное расщепление кишечными бактериями в

толстой кишке (следствие - метеоризм) и адсорбцию больших количеств

воды (следствие - диарея). При таком заболевании, особенно опасном для

детей, наблюдается и лактозурия (присутствие лактозы в моче).

Большое количество ферментов локализовано в плазмалемме, например, фосфолипазы А и С, гуанилатциклаза, протеинкиназа С и др. Кроме того, ферментативной (АТФазной) активностью обладают насосы плазмалеммы: Санасос и каталитические рецепторы, имеющие протеинкиназный цитоплазматический домен. Уникальными для плазмалеммы ферментами являются 5-нуклеотидаза, щелочная фосфодиэстераза, аденилатциклаза и аминопептидаза.

Наследственные дефекты ферментов плазмалеммы приводят к определенным изменениям метаболизма клетки, могут нарушать AT ионов или блокировать передачу сигналов в конкретных РСС.

Впериферической гиалоплазме также локализуется достаточное ко-

личество белков с ферментативной активностью, например, протеинкиназа А и миозин, головки которого являются АТФазами. Важные каталитические элементы, обнаруженные в субмембранном комплексе, - ферменты гликолиза,

бескислородного этапа энергетического обмена, при котором расщепление глюкозы используется для синтеза АТФ.

Известно несколько наследственных болезней, обусловленных пониженной активностью ферментов гликолиза, при которых развивается гемолитическая анемия (малокровие из-за разрушения эритроцитов).

Индивидуализирующая, или маркерная, функция ПА клеток проявляется в том, что ПА разных клеток отличаются по набору определенных молекул. В качестве таких молекул могут выступать белки, гликопротеины и гликолипиды, входящие в состав плазмалеммы и гликокаликса. С точки зрения рассматриваемой функции они являются индивидуализирующими маркерами, или антигенами, которые можно подразделить на 2 категории.

К первой относятся дифференцированные маркеры, обнаруживаемые при сравнении ПА разных клеток одного организма - клеток разного типа дифференцировки. Так, свои специфические маркеры имеют эпителиальные клетки, нейроны, кардиомиоциты, гепатоциты, лимфоциты и т.д. Каждый из таких маркеров выполняет в ПА свою функцию, т.е. может быть переносчиком, рецептором, ферментом или адгезивной молекулой, что отражает специфику функций разных клеток многоклеточного организма. В норме они не являются антигенами для собственной иммунной системы,

находясь в соответствующем наборе дифференцировочных маркеров.

При некоторых патологических состояниях такие маркеры способны

индуцировать

иммунный

ответ

собственного

организма,

становясь

функционально

аутоантигенами.

В частности, определенные органы (мозг,

семенники)

изолированы

от

иммунной

системы

соответствующими

гематологическими

барьерами

(гематоэнцефалическим

и

гематотестикулярным,

соответственно),

благодаря

специфическому

строению стенок капилляров мозга и семенников. В результате иммунная

система не способна определять специфические маркеры нейронов и мужских

половых клеток как «свои» - эти маркеры являются потенциальными

аутоантигенами.

При серьезных черепно-мозговых травмах происходит нарушение

гематоэнцефалического

барьера и развивается иммунный ответ на

дифференцировочные маркеры нейронов. Это сопровождается иммунным

разрушением нервных клеток головного мозга, следствием чего являются

разнообразные

энцефалопатии

(нарушения

функций головного

мозга),

которые могут завершиться и смертью организма. В плазме крови

пострадавшего в такой ситуации обнаруживаются аутоантитела - антитела к

маркерам собственных нейронов. Аналогичная ситуация наблюдается и при

нарушениях

гематотестикулярного

барьера,

приводящих к

стерильности

(бесплодию) из-за иммунного разрушения половых клеток мужчин.

www.pervomed.ru

Наличие (или отсутствие) соответствующих	дифференцировочных маркеров
в ПА данной клетки определяется активным	(или неактивным) состоянием

гена, контролирующего структуру этого маркера. Так как в каждой клетке организма представлен набор всех генов, отсутствие маркера означает, что соответствующий ген в данной клетке инактивирован (выключен). При нарушениях регуляции работы таких генов в ПА появляется маркер, не характерный для клетки. Это может служить причиной иммунной реакции на данный аутоантиген, так как он оказывается в не обычном для него наборе маркеров.

Например, маркер HLA-DR характерен для ПА только определенных клеток:

макрофагов, дендритных клеток и В-лимфоцитов. Известны случаи, когда этот маркер появляется в ПА β-клеток поджелудочной железы, где

становится аутоантигеном. В результате этого происходит иммунное

разрушение β-клеток, синтезирующих и секретируюших гормон инсулин, и

развивается одна из форм инсулинзависимого сахарного диабета -

аутоиммунный сахарный диабет, диагностируемый по наличию аутоантител.

Вторая категория индивидуализирующих маркеров отражает различия между ПА однотипных клеток разных организмов одного вида, например, человека. Такие маркеры получили название групповых антигенов и представляют собой группу структурных вариантов одно и того же маркера, объединенных в систему групповых антигенов. Фактически, к одной системе групповых антигенов относятся маркеры, структура которых контролируется различными аллелями одного гена.

Примером систем групповых антигенов являются системы групп крови, которые подразделяют на эритроцитарные, лейкоцитарные и тромбоцитарные. У человека известно более 20 эритроцитарных систем групп крови, важнейшими из которых в медицинском отношении являются система АВО и резус-система.

Система АВО представлена тремя антигенами: А, В и Н, - которые, по своей структуре, являются гликосфинголипидами плазмалеммы. Наибольшее количество этих антигенов обнаруживается в мембране эритроцитов (порядка 10 млн.), однако, они имеются и в плазмалемме других типов клеток, хотя и в меньшем количестве. Различия между антигенами А, В и Н касаются углеводного компонента гликосфинголипида и определяются активностью фермента галактозилтрансферазы (ГТ). Структура этого фермента кодируется аллелями гена I, причем разные аллели определяют различную активность ГТ. Активная форма фермента катализирует реакцию превращения антигена Н в антигены А или В, т.е. Н является биохимическим предшественником А и В.

Антиген	Н синтезируется	в ходе соответствующей цепи реакций и
имеет	следующую	структуру:	церамид=N-	(фукоза
ацетилгалактозамин*галактоза*N-ацетил-глюкозамин*галактоза*фукоза
- изомер глюкозы). Один из аллелей гена, I°, кодирует неактивную форму
ГТ, ГТ°.	Благодаря этому,	у людей,	имеющих набор аллелей	I°I° в

мембране эритроцитов обнаруживается только антиген Н, и их относят к

группе крови О (I).

Аллель IА кодирует активную форму ГТ - ГТА, специфичную к модифицированной галактозе - N-ацетилгалактозамину, который с помощью ГТА присоединяется к концевой галактозе антигена Н. В результате этого в клетке синтезируется более сложный антиген А. У людей, имеющих наборы аллелей IАIА или IАI°, в плазмалемме эритроцитов обнаруживается только антиген А, и они относятся к группе крови А(II).

Аллель IВ также кодирует активную форму фермента - ГТВ, но имеющую иную субстратную специфичность. Действие ГТВ проявляется в присоединении к концевой галактозе антигена Н не N-ацетилгалактозамина, а галактозы, что приводит к синтезу антигена В. Вследствие этого, у людей с наборами аллелей IВIВ или IВI° образуется только антиген В, и они представляют группу крови В(III).

Наконец, у человека могут быть два разных аллеля, IА и IВ , кодирующих, соответственно, ГТА и ГТВ. В таком случае одна часть имеющегося антигена Н «превращается» в антиген А, а другая - в антиген В, т.е. в ПА эритроцитов представлены оба этих антигена. Одновременное присутствие антигенов А и В в плазмалемме служит критерием принадлежности к группе

крови AB(IV).

Наличие систем групповых антигенов позволяет иммунной системе организма опознавать чужеродные клетки и разрушать их. Это необходимо учитывать при переливании крови (трансфузии). Донор (человек, дающий кровь) и реципиент (человек, которому кровь переливают) должны быть совместимыми по группам крови - реципиент должен иметь все варианты антигенов, которые есть у донора. В

www.pervomed.ru

противном случае иммунная система реципиента будет разрушать
эритроциты донора, так как на них представлен не свойственный
реципиенту вариант антигена.			с группой крови AB(IV) являются
В этом отношении люди		по
универсальными	реципиентами		системе АВО - им можно переливать
кровь любой из четырех групп этой системы. С другой стороны, люди с
группой крови О(1) представляют собой универсальных доноров, так как
их кровь можно переливать людям любой группы крови по данной
системе. Однако, эти универсальные доноры являются реципиентами
только группы крови О(1). На практике, если это возможно,
рекомендуется полная совместимость донора и реципиента - они должны
быть одинаковой группы крови но системе АВО.
Так как антигены А, В и Н обнаруживаются в ПА и других клеток,
совместимость по этой системе групп крови необходимо учитывать и при
трансплантации	(пересадке) тканей и органов. В этом случае
требуется наличие совместимости донора и реципиента и по другим
системам групп крови, в первую очередь - по				лейкоцитарным антигенам
системы HLA. Несоблюдение этого правила приводит к отторжению
трансплантата.	Именно поэтому пересадка участков кожи с одной части
тела на другую (например, при лечении				последствий ожогов) не
вызывает иммунологического отторжения.

наверх