Плотный замыкающий контакт. Строение и свойства плотных контактов клеток Плотный контакт

Соединения клеток, присутствующих в тканях и органах многоклеточных организмов, образуются сложными структурами, которые именуются межклеточными контактами . Особенно часто они обнаруживаются в эпителиях, пограничных покровных слоях.

Ученые полагают, что первичное отделение пласта элементов, связанных между собой межклеточными контактами , обеспечило формирование и последующее развитие органов и тканей.

Благодаря использованию методов электронной микроскопии удалось накопить большой объем сведений об ультраструктуре этих связей. Однако их биохимический состав, а также молекулярная структура изучены сегодня недостаточно точно.

Общие сведения

В образовании межклеточных контактов мембрана участвует очень активно. У многоклеточных за счет взаимодействия элементов формируются сложные клеточные образования. Их сохранение может обеспечиваться разными способами.

Задачи нексусов состоят в формировании межклеточного внутритканевого контроля над биоактивностью клеток. Кроме того, такие контакты выполняют несколько специфических функций. К примеру, без них не было бы единства сокращения сердечных кардиомиоцитов, синхронных реакций клеток гладких мышц и пр.

Плотный контакт

Его называют также запирающей зоной. Он представлен в виде участка слияния поверхностных мембранных слоев соседних клеток. Эти зоны формируют непрерывную сеть, которая "сшита" интегральными белковыми молекулами мембран соседних клеточных элементов. Эти белки формируют структуру, похожую на ячеистую сеть. Ею окружен периметр клетки в виде пояска. При этом структура соединяет соседние поверхности.

Часто к плотному контакту прилегают ленточные десмосомы. Этот участок непроницаем для ионов и молекул. Следовательно, он запирает межклеточные щели и, собственно, внутреннюю среду всего организма от внешних факторов.

Значение запирающих зон

Плотный контакт препятствует диффузии соединений. К примеру, содержимое желудочной полости защищено от внутренней среды его стенок, белковые комплексы не могут перемещаться от свободной эпителиальной поверхности в межклеточное пространство и пр. Запирающая зона способствует также поляризации клетки.

Плотные контакты являются основой разнообразных барьеров, присутствующих в организме. При наличии запирающих зон перенос веществ в соседние среды осуществляется исключительно через клетку.

Синапсы

Они представляют собой специализированные соединения, расположенные в нейронах (нервных структурах). За счет них обеспечивается передача информации от одних клеток к другим.

Синаптическое соединение обнаруживается в специализированных участках и между двумя нервными клетками, и между нейроном и другим элементом, включенным в состав эффектора либо рецептора. К примеру, выделяют нервно-эпителиальные, нервно-мышечные синапсы.

Эти контакты разделяют на электрические и химические. Первые аналогичны щелевидным связям.

Сцепление с межклеточным веществом

Клетки присоединяются за счет рецепторов цитолеммы к адгезивным белкам. К примеру, рецепторы к фибронектину и ламинину в клетках эпителия обеспечивают сцепление с этими гликопротеинами. Ламинин и фибронектин являются адгезивными субстратами с фибриллярным элементом базальных мембран (IV тип коллагеновых волокон).

Полудесмосома

Со стороны клетки ее биохимический состав и строение подобен дисмосоме. От клетки в отходят особые якорные филаменты. За счет них объединяется мембрана с фибриллярным каркасом и заякоривающие фибриллы VII типа.

Точечный контакт

Его также называют фокальным. Точечный контакт входит в группу сцепляющих соединений. Наиболее характерным он считается для фибробластов. Клетка в таком случае сцепляется не с соседним клеточным элементами, а с межклеточными структурами. Рецепторные протеины взаимодействуют с адгезивными молекулами. К ним относят хондронектин, фибронектин и пр. Они связывают клеточные мембраны с внеклеточными волокнами.

Формирование точечного контакта осуществляется за счет актиновых микрофиламентов. Они закрепляются на внутренней части цитолеммы при помощи интегральных белков.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. В.Г. БЕЛИНСКОГО

Естественно-географический факультет

Кафедра биохимии

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО БИОХИМИИ МЕМБРАН:

«МЕЖКЛЕТОЧНЫЕ КОНТАКТЫ»

Выполнила студентка IV курса группы БХ-41

Гребенникова Ирина

Научный руководитель Соловьев В.Б.

ПЕНЗА, 2009г.

Введение

1.Классификация межклеточных контактов

2. Замыкающие межклеточные контакты

2.1.Рыхлые или простые контакты

2.2.Плотный замыкающий контакт

2.3.Замыкающие межклеточные контакты

3.Адгезионные или сложные межклеточные контакты

3.1.Точечные межклеточные контакты

3.2.Адгезионные пояски

3.3.Адгезионные соединения между клеткой и матриксом

3.4.Десмосомы

4.Гемидесмосома

5.Заболевание аутоиммунное, поражающее десмосомы

6.Проводящие межклеточные контакты

6.1.Синапсы

6.2.Нексусы

7.Рецепторы

Приложение 1

Список литературы

Введение

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

1. Классификация межклеточных контактов

1.Замыкающие межклеточные контакты.

а) простой или рыхлый контакт;

б) плотный замыкающий контакт.

2.Адгезионные межклеточные контакты.

а) точечные контакты;

б) адгезионные пояски;

в) адгезионные соединения между клеткой и внутриклеточным матриксом;

г) десмосомы.

3.Проводящие.

а) нексусы;

б) синапсы.

2. Замыкающие межклеточные контакты

2.1 Рыхлые или простые контакты

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

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

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

2.2 Плотный замыкающий контакт

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

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

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

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

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

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

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

2.3 Замыкающие межклеточные контакты

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Микроворсинки

align=right hspace=7>Плотный

Овальные

десмосомы

Базальная

пластинка

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

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

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

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

Цитоплазма

Мембраны

Коннексиновый цилиндр

а)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

У многоклеточных организмов за счет межклеточных взаимодействий образуются сложные клеточные ансамбли, поддержание которых может осуществляться разными путями. В зародышевых, эмбриональных тканях, особенно на ранних стадиях развития, клетки остаются в связи друг с другом за счет способности их поверхностей слипаться. Это свойство адгезии (соединения, сцепления) клеток может определяться свойствами их поверхности, которые специфически взаимодействуют друг с другом. Механизм этих связей достаточно хорошо изучен, он обеспечивается взаимодействием между гликопротеидами плазматических мембран.

Кроме сравнительно простых адгезивных (но специфических) связей существует целый ряд специальных межклеточных структур, контактов или соединений, которые выполняют определенные функции.

Запирающее или плотное соединение характерно для однослойных эпителиев (Рис.9). Это зона, где внешние слои двух плазматических мембран максимально сближены. Часто видна трехслойность мембраны в этом контакте: два внешних осмофильных слоя обеих мембран как бы сливаются в один общий слой толщиной 2-3 нм.

Слияние мембран происходит не по всей площади плотного контакта, а представляет собой ряд точечных сближений мембран. Такие структуры при специальных окрасках можно видеть и в световом микроскопе. Они получили у морфологов название замыкающих пластинок . Роль замыкающего плотного контакта заключается не только в механическом соединении клеток друг с другом. Эта область контакта плохо проницаема для макромолекул и ионов, и тем самым она запирает, перегораживает межклеточные полости, изолируя их (и вместе с ними собственно внутреннюю среду организма) от внешней среды (в данном случае - просвет кишечника).

Замыкающий, или плотный, контакт встречается между всеми типами однослойного эпителия (эндотелий, мезотелий, эпендима).

Простой контакт , встречающийся среди большинства прилегающих друг к другу клеток различного происхождения (Рис.10). Большая часть поверхности контактирующих клеток эпителия также связана с помощью простого контакта, где плазматические мембраны, соприкасающихся клеток разделены пространством 15-20 нм. Это пространство представляет собой надмембранные компоненты клеточных поверхностей. Ширина щели между мембранами клеток может быть и больше 20 нм, образуя расширения, полости, но не меньше 10 нм.

Со стороны цитоплазмы к этой зоне плазматической мембраны не примыкают никакие специальные дополнительные структуры.

Зубчатый контакт («замок») представляет собой выпячивание поверхности плазматической мембраны одной клетки в инвагинат (впячивание) другой (Рис.11).

На срезе такой тип соединения напоминает плотничий шов. Межмембранное пространство и цитоплазма в зоне «замков» имеют те же характеристики, что и в зонах простого контакта. Такой тип межклеточных соединений характерен для многих эпителиев, где он соединяет клетки в единый пласт, способствуя, их механическому скреплению друг с другом.

Роль механического плотного скрепления клеток друг с другом играет ряд специальных структурированных межклеточных соединений.

Десмосомы , структуры в виде бляшек или кнопок также соединяют клетки друг с другом (Рис.12). В межклеточном пространстве здесь также виден плотный слой, представленный взаимодействующими интегральными мембранными кадгеринами - десмоглеинами, которые сцепляют клетки друг с другом.

С цитоплазматической стороны к плазмолемме прилежит слой белка-десмоплакина, с которым связаны промежуточные филаменты цитоскелета. Десмосомы встречаются чаще всего в эпителиях, в этом случае промежуточные филаменты содержат кератины. В сердечной мышце клетки, кардиомиоциты, содержат десминовые фибриллы в составе десмосом. В эндотелии сосудов в состав десмосом входят виментиновые промежуточные филаменты.

Полудесмосомы, в принципе, сходны по строению с десмосомой, но представляют собой соединение клеток с межклеточными структурами. Так в эпителиях линкерные гликопротеиды (интегрины) десмосомы взаимодействуют с белками т.н. базальной мембраны, куда входят коллаген, ламинин, протеогликаны и др.

Функциональная роль десмосом и полудесмосом сугубо механическая - они сцепляют клетки друг с другом и с подлежащим внеклеточным матриксом прочно, что позволяет эпителиальным пластам выдерживать большие механические нагрузки.

Подобно этому десмосомы прочно связывают друг с другом клетки сердечной мышцы, что позволяет им выполнять огромную механическую нагрузку, оставаясь связанными в единую сокращающуюся структуру.

В отличие от плотного контакта все типы сцепляющих контактов проницаемы для водных растворов и не играют никакой роли в ограничении диффузии.

Щелевые контакты (нексусы) считаются коммуникационными соединениями клеток; это структуры, которые участвуют в прямой передаче химических веществ из клетки в клетку, что может играть большую физиологическую роль не только при функционировании специализированных клеток, но и обеспечивать межклеточные взаимодействия при развитии организма, при дифференцировке его клеток (Рис.13).

Характерным для этого типа контактов является сближение плазматических мембран двух соседних клеток на расстояние 2-3 нм. Именно это обстоятельство долгое время не позволяло на ультратонких срезах отличить данный вид контакта от плотного разделительного (замыкающего) контакта. При использовании гидроокиси лантана было замечено, что некоторые плотные контакты пропускают контрастер. В этом случае лантан заполнял тонкую щель шириной около 3 нм между сближенными плазматическими мембранами соседних клеток. Это и послужило появлению термина - щелевой контакт. Дальнейший прогресс в расшифровке его строения был достигнут при использовании метода замораживания-скалывания. Оказалось, что на сколах мембран зоны щелевых контактов (размеров от 0,5 до 5 мкм) усеяны гексагонально расположенными с периодом 8-10 нм частицами 7-8 нм в диаметре, имеющими в центре канал около 2 нм шириной. Эти частицы получили название коннексонов .

В зонах щелевого контакта может быть от 10-20 до нескольких тысяч коннексонов в зависимости от функциональных особенностей клеток. Коннексоны были выделены препаративно, они состоят из шести субъединиц коннектина - белка с молекулярным весом около 30 тыс. Объединяясь друг с другом, коннектины образуют цилиндрический агрегат – коннексон, в центре которого располагается канал.

Отдельные коннексоны встроены в плазматическую мембрану так, что прободают ее насквозь. Одному коннексону на плазматической мембране клетки точно противостоит коннексон на плазматической мембране соседней клетки так, что каналы двух коннексонов образуют единое целое. Коннексоны играют роль прямых межклеточных каналов, по которым ионы и низкомолекулярные вещества могут диффундировать из клетки в клетку. Было обнаружено, что коннексоны могут закрываться, изменяя диаметр внутреннего канала, и тем участвовать в регуляции транспорта молекул между клетками.

Функциональное значение щелевых контактов было понято при изучении гигантских клеток слюнных желез двукрылых. В такие клетки благодаря их величине легко можно вводить микроэлектроды, для того чтобы изучать электропроводимость их мембран. Если ввести электроды в две соседние клетки, то их плазматические мембраны проявляют низкое электрическое сопротивление, между клетками идет ток. Такая способность щелевых контактов служить местом транспорта низкомолекулярных соединений используется в тех клеточных системах, где нужна быстрая передача электрического импульса (волны возбуждения) от клетки к клетке без участия нервного медиатора. Так, все мышечные клетки миокарда сердца связаны с помощью щелевых контактов (кроме того, клетки там связаны и адгезивными контактами). Это создает условие для синхронного сокращения огромного количества клеток.

При росте культуры эмбриональных сердечных мышечных клеток (кардиомиоциты) некоторые клетки в пласте начинают независимо друг от друга спонтанно сокращаться с разной частотой, и лишь только после образования между ними щелевых контактов они начинают биться синхронно как единый сокращающийся пласт клеток. Таким же способом обеспечивается совместное сокращение гладкомышечных клеток в стенке матки.

Синаптический контакт (синапсы). Этот тип контактов характерен для нервной ткани и встречается как между двумя нейронами, так и между нейроном и каким-либо иным элементом – рецептором или эффектором (например, нервно-мышечное окончание) (Рис.14).


Рис.9. Плотный контакт	Рис.10. Простой контакт

Рис. 11. Зубчатый контакт	Рис.12. Десмосомы

Рис.13. Нексусы	Рис. 14. Синаптический контакт

Синапсы – участки контактов двух клеток, специализированных для односторонней передачи возбуждения или торможения от одного элемента к другому. В принципе подобного рода функциональная нагрузка, передача импульса может осуществляться и другими типами контактов (например, щелевым контактом в сердечной мышце), однако в синаптической связи достигается высокая эффективность в реализации нервного импульса.

Синапсы образуются на отростках нервных клеток – это терминальные участки дендритов и аксонов. Межнейронные синапсы обычно имеют грушевидных расширений, бляшек на конце отростка нервной клетки. Такое терминальное расширение отростка одной из нервных клеток может контактировать и образовывать синаптическую связь как с телом другой нервной клетки, так и с ее отростками. Периферические отростки нервных клеток (аксоны) образуют специфические контакты с клетками-эффекторами или клетками-рецепторами. Следовательно, синапс - это структура, образующаяся между участками двух клеток (так же как и десмосома). Мембраны этих клеток разделены межклеточным пространством - синаптической щелью шириной около 20-30 нм. Часто в просвете этой щели виден тонковолокнистый, перпендикулярно расположенный по отношению к мембранам материал. Мембрана в области синаптического контакта одной клетки называется пресинаптической, другой, воспринимающей импульс, - постсинаптической. В электронном микроскопе обе мембраны выглядят плотными, толстыми. Около пресинаптической мембраны выявляется огромное количество мелких вакуолей, синаптических пузырьков, заполненных медиаторами. Синаптические пузырьки в момент прохождения нервного импульса выбрасывают свое содержимое в синаптическую щель. Постсинаптическая мембрана часто выглядит толще обычных мембран из-за скопления около нее со стороны цитоплазмы множества тонких фибрилл.

Плазмодесмы . Этот тип межклеточных связей встречается у растений. Плазмодесмы представляют собой тонкие трубчатые цитоплазматические каналы, соединяющие две соседние клетки (Рис.15). Диаметр этих каналов обычно составляет 20-40 нм. Ограничивающая эти каналы мембрана непосредственно переходит в плазматические мембраны соседствующих клеток.

Плазмодесмы проходят сквозь клеточную стенку, разделяющую клетки. Таким образом, у некоторых растительных клеток плазмодесмы соединяют гиалоплазму соседних клеток, поэтому формально здесь нет полного разграничения, отделения тела одной клетки от другой, это скорее представляет собой синцитий: объединение многих клеточных территорий с помощью цитоплазматических мостиков.

Внутрь плазмодесм могут проникать мембранные трубчатые элементы, соединяющие цистерны эндоплазматического ретикулума соседних клеток. Образуются плазмодесмы во время деления клетки, когда строится первичная клеточная оболочка. У только что разделившихся клеток число плазмодесм может быть очень велико (до 1000 на клетку), при старении клеток их число падает за счет разрывов при увеличении толщины клеточной стенки.

Функциональная роль плазмодесм очень велика: с их помощью обеспечивается межклеточная циркуляция растворов, содержащих питательные вещества, ионы и другие соединения.