Файл: 1. Строение пак.pdf

Вопросы 1-3
Вопросы:
1. Строение поверхностного аппарата клетки.
2. Барьерно-транспортная функция поверхностного аппарата клетки.
3. Индивидуализирующая (антигенная) функция поверхностного аппарата.
Биологические аспекты трансплантации.
1. Строение ПАК
Поверхностный аппарат:

Плазмалемма;

Гликокаликс;

Субмембранный опорно-сократительный аппарат.
Плазмалемма
Химический состав
: белки и липиды (фосфо- и гликолипиды, стероиды и ХС) в соотношении 1:1 (условно).
Строение и свойства фосфо- и гликолипидов
:

Сложные эфиры многоатомных спиртов и жирных кислот.

Свойство амфипатичности (полярности) - есть гидрофильная заряженная головка, нейтральная шейка и два гидрофобных незаряженных хвоста.

Головка: фосфорилированная аминокислота или спирт (фосфолипиды), либо углеводы (гликолипиды).

Шейка: глицерол – 3С (глицеролипиды) или сфингозин – 18С (сфинголипиды – только 3С в шейке, 15С в хвосте).

Хвосты: остатки жирных кислот (пальмитиновой, линоленовой, олеиновой и т.д.) или 15 атомов сфингозина.

Организация липидов в мицеллы хвостами внутрь.
Движение липидов в мембране (минимум каждые 10
-7
сек):

Вращение вокруг своей оси;

Перемещение латерально;

Перемещение из одного липидного слоя в другой – «флип-флоп» (флипаза, энергия);
Изменение свойств мембраны:

Чем быстрее движение липидов, тем выше текучесть мембраны;

Чем короче хвосты липидов, тем выше текучесть мембраны;

Чем более липиды ненасыщены (=), тем выше текучесть мембраны;

Чем выше температура, тем выше текучесть мембраны;


Чем выше концентрация инертных газов, тем выше текучесть мембраны;

Чем ниже атмосферное давление, тем выше текучесть мембраны;

Чем ниже концентрация холестерола, тем выше текучесть мембраны.
Функции мембранных липидов:

Структурная – при повреждении осмотическая гибель клетки

Барьерно-изолирующая функция;

Регуляция работы мембранных белков и транспорта веществ через клетку через изменение вязкости мембраны.
Холестерин – функции:

Предшественник стероидных гормонов — кортизола, альдостерона, тестостерона и эстрогенов, жирорастворимых витаминов группы D и желчных кислот;

Стабилизирует плотность клеточных мембран и регулирует проницаемость клеток, так как на нем закрепляются мембранные белки.
Функции мембранных белков:

Рецепторная;

Транспортная;

Ферментативная;

Антигенная;

Образование межклеточных контактов.
Модели строения мембран:
 — «бутербродная» (или модель «сэндвича»);
 — модель «липопротеинового коврика»;
 — жидкостно-мозаичная модель.
«Бутербродная» модель:

Два сплошных белковых слоя над и под БЛС;

Пример: участки мембран эритроцитов;

Тяжело удерживать поверхностные белки – затрата энергии;

Тяжело транспортировать крупные заряженные молекулы.
Модель «липопротеинового коврика»:

Молекулы белков и липидов переплетаются между собой;

Пример: внутренняя мембрана митохондрий;

За счет белков низкая проницаемость.

Жидкостно-мозаичная модель:

БЛС с мембранными белками: интегральными, полуинтегральными и периферическими;

Обладает избирательной проницаемостью;

Периферические белки связаны с головками липидов слабыми электростатическими связями, связывают ПЛ с над- и субмембранными комплексами;

Интегральные белки связаны с БЛС прочными ковалентными связями;

ИБ могут пересекать БЛС несколько раз.
Надмембранный аппарат (гликокаликс)
Состав:

Углеводные остатки гликолипидов и гликопротеинов плазмолеммы;

Надмембранные домены полуинтегральных белков, липопротеины, ацилпротеины;

Периферические белки;

Свободные углеводы (ГАГ или мукополисахариды).
Производные ГК:

Базальные мембраны эпителиальных тканей;

Внеклеточный матрикс;

Клеточная стенка у растений;

Хитин у членистоногих и грибов.
Субмембранный опорно-сократительный аппарат (СОСА)
Состав СОСА: периферическая гиалоплазма и опорно-сократительная система.
Периферическая гиалоплазма
– это часть гиалоплазмы клетки, представляющая собой водный раствор солей, сахаров, аминокислот и белков, создающий микросреду для
ОСС.
Состав ОСС:

Тонкие фибриллы;

Микрофибриллы;

Промежуточные филаменты;

Микротрубочки.
Тонкие фибриллы (ТФ)
ТФ это тонкие белковые нити диаметром 2–4 нм, образующие фибриллярную сеть.

Функции:

Образовании цитоскелета;

Объединение между собой компонентов СОСА.
Микрофибриллы или микрофиламенты:
Представлены актином
С чем может связаться актин:

С миозином;

тропонином С, тропомиозином (обеспечивают стабильность фибриллы);

дистрофином (стабилизирует ПАК за счет фиксации микрофибрилл на внутренней поверхности ПЛ);

виментином и десмином (ПФ – для прикрепления к ПАК).
Дефекты структуры дистрофина - нарушение сократительной функции мышечных
клеток и их разрушение — миодистрофия Дюшена.
Три формы актина:

альфа (в мышцах);

бета и гамма (оба не в мышцах).
Строение фибрилл актина:

Мономер актина – глобулярный (G) актин;

Gактин + Mg
2+
+ АТФ = протофибриллы *2 = фибриллярный (F) актин;

F актин представляет собой двойную спираль: закрученные друг вокруг друга
«нити из бусин»;

Между спиралями – молекулы тропонина С и тропомиозина (обеспечивают стабильность фибриллы);

Рост и формирование фибриллы: «+» конец – полимеризация; «-» конец – деполимеризация;

Разборка или сборка происходит в зависимости от скорости процессов на концах фибриллы;

Регуляторы сборки и разборки фибрилл – АБ цитохалазин – блокирует полимеризацию => МФ разрушаются.
В мышечных клетках есть толстые миозиновые филаменты из моторного белка миозина.
Виды миозина:

Миозин I – немышечный – гладкая мускулатура и разные клетки;

Миозин II – мышечный – поперечно-полосатая мускулатура.
Миозин перемещается вдоль активных МФ, используя АТФ.

Строение миозина:

«головка» и «хвост»;

Бывают одноголовые и двухголовые миозины (за счет объединения одноголовых);

Миозин II: 6 полипептидов, образующих грушевидную «головку» и скрученный двуспиральный «хвост».
Строение «головки» миозина:
1) АТФ-азный центр
2) актинсвязывающий (головка миозина присоединяется к актину).
Двуспиральные «хвосты» формируют фибриллярные стержни миозиновых
филаментов.
Взаимодействие актина и миозина
: Актин + Миозин + Са2+ + АТФ.
В АТФ-азном центре миозина происходит присоединение и гидролиз АТФ, изменяется конформация головки и происходит движение молекулы миозина по F- актину.
Механизм мышечной контрактуры после смерти:

Прекращается синтез АТФ и работа Ca+2-АТФазы;

Невозможность разрыва связи между актином и миозином.
Функции миозина II в составе актин-миозиновой системы
:

Образование цитоскелета;

Образование клеточных контактов;

Образование ложноножек при движении лейкоцитов;

Локальные изменения конфигурации ПАК при цитозе;

Образование перетяжки на экваторе клетки при митозе;

Сокращение мышечных волокон;

Миозин II-5 - внутриклеточный транспорт.
Раздвоенный в виде буквы V конец молекулы миозина II-5 встраивается в мембранный
пузырёк и обеспечивает движение последнего вдоль актиновых МФ.
Виды структур из микрофибрилл в ОСС:

Сеть МФ (вдоль всей ПЛ);

Нити натяжения (соединяются с белками ПЛ и предотвращают ее разрыв от осмотического шока);

Параллельные пучки актиновых филаментов в микроворсинках и филлоподиях;

Меридиональные пучки при делении животных клеток, сокращение которых приводит к цитокинезу с образованием перетяжки.
Промежуточные филаменты (ПФ)

Строение ПФ:

Тонкие, фибриллярные, неветвящиеся белковые структуры;

Диаметр 10 нм;

Располагаются в виде трёхмерных сетей по всей ЦП, окружают ядро ;

Белки ПФ разные в зависимости от типа ткани:
 ПФ эпителия – тонофибриллы (из кератина);
 ПФ нервных клеток - нейрофибриллы (из NF-1,2,3);
 ПФ мышечной ткани – из демсинов;
 ПФ клеточного ядра – ламиновые (из ламинина).
Функции ПФ:

Опорная - образование цитоскелета;

Образование клеточных контактов.
Образование ПФ:
4 полипептида = гомотетрамер – полимеризация – объединение по типу «кирпичной кладки»
Особые свойства:

ПФ устойчивы к физическим и химических воздействиям, например, к действию алкоголя. Поэтому у алкоголиков в гепатоцитах происходит замещение МФ и
МТ на ПФ, что приводит к циррозу.

ПФ есть только у животных.

Иммуноморфологическими методами можно определять тканевое происхождение метастазов по составу ПФ для выбора рациональной химиотерапии.

Мутации генов эпителиальных кератинов приводят к буллёзному эпидермолизу
- нарушено прикрепление эпидермиса к БМ, и на коже при нажатии образуются волдыри.

Врожденная пахионихия - утолщение ногтей и болезненная кератодермия
(нарушение процесса ороговения в эпидермисе) ладоней или подошв.
Микротрубочки (МТ)
Строение:

полые белковые структуры;

диаметр ≈22–24 нм;

из трех видов белков-тубулинов: α, β и γ.
Сборка МТ:

В содержащих γ-тубулин ЦОМТ, где фиксированы «-»концы МТ;

В присутствии Mg+2, АТФ и γ-тубулина, α- и β-тубулины образуют гетеродимеры;

Гетеродимеры полимеризуются с образованием тубулиновых протофиламентов;


13 протофиламентов формируют одну микротрубочку;

МТ удлинняется присоединением новых гетеродимеров к двум концам.
Удлинение МТ осуществляется с разной скоростью, поэтому быстро растущий
конец МТ это «плюс»-конец, а медленно растущий — «минус»-конец. Если
тубулиновых димеров в клетке не хватает, то на «минус»-конце наблюдается
деполимеризация МТ, которая может усиливаться при повышении концентрации
ионов Са2+ в гиалоплазме.
Факторы деполимеризации МТ:

Повышение давления;

Понижение температуры;

Алкоголь;

Колхицин;

Винбластин;

Винкристин.
Последствия блока МТ:

Нерасхождение хромосом при делении клеток;

Блок деления клеток (используют в качестве цитостатиков).
Тубулин-кинезиновая и тубулин-динеиновая системы:

МТ взаимодействуют с кинезином и динеином, формируя эти системы.

Кинезины перемещаются по тубулиновой МТ от «минус»-конца к «плюс»-концу и переносят мембранные пузырьки от центра клетки к ПАК.

Динеины транспортируют мембранные пузырьки вдоль МТ от ПАК к центру клетки, от «плюс»-кнца к «минус»-концу.
Функции МТ:

Транспорт мембранных пузырьков;

Деление клетки – построение нитей веретена деления;

Цитоскелет – опора клетки, определение ее формы;

Образование межклеточных контактов.
2.Барьерно-транспортная функция поверхностного аппарата клетки.
Эта функция проявляется в создании изолирующего барьера клетки за счет БЛС, разграничивающего внутри- и внеклеточную среды.
Через гидрофобные хвосты НЕ проходят:

Заряженные частицы;


Крупные гидрофильные молекулы (АК, сахара, нуклеотиды);

Гидрофобные могут застревать.
Виды транспорта молекул:
 свободный транспорт, или простая диффузия;
 пассивный транспорт, или облегченная диффузия;
 активный транспорт.
Свободный транспорт:

Транспорт молекул из области их большей концентрации в область меньшей;

Без затрат энергии АТФ;

Без участия переносчиков;

Заканчивается, когда концентрации вещества выровняются;

Маленькие гидрофобные молекулы (половые гормоны, жирорастворимые витамины) - растворяются в БЛС;

Мелкие гидрофильные молекулы — этанол, СО2, О2, Н2О используют механизм «временных дыр», образующихся за счет подвижности липидов или изгибов их хвостов;

Низкая скорость переноса;

Низкая избирательность.
Чем выше разница концентраций, размер молекулы и жидкостность мембран, тем
выше скорость.
Пассивный транспорт

По градиенту концентрации

Не требует затрат АТФ

Более высокая скорость за счет белков-переносчиков

Транспорт аминокислот, моно- и дисахаридов, нуклеотидов

Транспорт ионов — калия, натрия, кальция, хлора

Высокая специфичность переносчиков
Примеры пассивного транспорта:

Хемочувствительные каналы для Na+ в нервных клетках открываются только в присутствии сигнальной молекулы —ацетилхолина, что приводит к деполяризации мембраны нейронов.

Потенциалчувствительные каналы регулируются мембранным потенциалом или электрохимическим зарядом на мембране.

Переносчики глюкозы - Glu T 1-5, работающие в разных клетках. Белки образуют каналы в ПАК, регулируемые сигнальными молекулами.

Glu T-1,2,3 и 5 работают в присутствии глюкозы. В отсутствие глюкозы канал закрыт, а при ее появлении он меняет свою конформацию и открывается.

Glu T-4 в мышцах и жировой ткани, локализуется в мембранных везикулах. Его встраивание в мембрану в составе везикул осуществляется с помощью белков,

которые активируются инсулином. Так скорость транспорта глюкозы увеличивается в 30–40 раз.

Аквапорины, транспортирующие воду растений, регулируются фосфорилированием протеинкиназами в присутствии Са2+ и при изменении водного потенциала.
Активный транспорт:

Против градиента концентрации;

Затрачивается энергия АТФ;

Участвуют белки-переносчики, которые работают как АТФ-азы – помпы;

Так сохраняется разница концентраций между внутриклеточным содержимым и межклеточной средой.
Пример активного транспорта:

K+/Na+ -насос за один цикл выкачивает 3Na+, а закачивает 2K+, что приводит к поляризации мембраны, которая снаружи заряжается положительно, а изнутри отрицательно. Такой потенциал необходим для передачи нервного импульса, для мышечного сокращения, а также для поддержания нормальной жизнедеятельности и формы клеток.

Вторичный активный транспорт: переносчик-котранспортер осуществляет одновременно пассивный и активный транспорт двух видов молекул или ионов, но использует для этого энергию градиента молекул, переносимых другим активным переносчиком.

Реабсорбция 1ной мочи в почках - два переносчика: o
К+/Na+-АТФаза (Na+ активно из нефроцитов в полость канальца) o Na+-глюкозный котранспортер (переносит Na+ из первичной мочи по градиенту концентраций обратно в клетки канальцев и извлекает глюкозу из первичной мочи против градиента и без затраты АТФ).
Классификация транспорта по направлению:

унипорт — транспорт одного вещества в одном направлении;

симпорт (сопряженный транспорт) — разные вещества передвигаются в одном направлении;

антипорт — одновременный транспорт веществ в разных направлениях.
Цитоз
- транспорт веществ в мембранной упаковке.
Виды цитоза:

эндоцитоз (транспорт веществ в клетку);

экзоцитоз (транспорт веществ из клетки);

трансцитоз, или диацитоз (транспорт веществ сквозь клетки).
Эндоцитоз:

Фагоцитоз

o поглощаются микроорганизмы, старые клетки, частицы; o размер от 1 мкм; o
С затратой АТФ. o
Рецепторы узнают поглощаемое вещество, на ПЛ формируются выпячивания, окружающие вещество. Мембраны ложноножек сливаются, упаковывая вещество в фагосому. Она отшнуровывается от ПЛ и оказывается в цитоплазме клетки.

Макропиноцитоз o
Поглощение частиц размером от 0,1 мкм до 1 мкм o
При участии специфических рецепторов o
С затратами АТФ. o
Взаимодействие с рецепторами приводит к впячиванию участков мембраны и образованию пиноцитозной ямки, а затем пиносомы. o
Ускорять процесс могут белки-клатрины. После рецепции происходит полимеризация клатринов и пиноцитозная ямка смыкается быстрее, образуя пиносому, «опушённую» клатриновыми белками («клатриновая шуба»). o
Так поступают олигопептиды, гормоны, трансферрин, липопротеины. o
Рецепторы и клатрины возвращаются в мембрану клетки. o
Пример: нарушение работы рецепторов клетки к липопротеинам низкой плотности приводит к накоплению холестерина на стенках кровеносных сосудов – атеросклерозу.

Микропиноцитоз o
Клетка не затрачивает энергию o
Частицы менее 0,1 мкм). o
Прекращается при понижении температуры за счет уменьшения степени жидкостности БЛС. o
У животных микропиноцитоз используется клеткой как начальный этап диацитоза.
Диацитоз = микропиноцитоз + экзоцитоз
 Размер частиц около 0,01 мкм
 Не требуется затрат энергии АТФ
 Температурозависим
Экзоцитоз
 Конститутивный – во всех клетках
 Регулируемый - в секреторных клетках в ответ на сигнал.
 Типичный - вещество упаковывается во внутренние мембраны клетки, формируя транспортный пузырек, который сливается с ПЛ за счет белков-слияния, и вещество оказывается вне клетки.
 Атипичный - неупакованное вещество подходит к ПЛ и упаковывается в нее, а затем выводится наружу из клетки (материнское молоко млекопитающих, ВИЧ).

3.Индивидуализирующая (антигенная) функция поверхностного
аппарата. Биологические аспекты трансплантации.
Функция индивидуализации состоит в различной индивидуальной маркировке ПАК разных типов клеток одного организма и разных организмов. Такие маркерные молекулы называют антигенами (АГ).
АГ могут быть белки, гликопротеины и гликолипиды, входящие в состав ПЛ и ГК.
Группы поверхностных антигенов:

дифференцировочные маркеры (ДМ);

индивидуализирующие маркеры (ИМ).
ДМ:

Специфичны для каждого типа клеток и тканей

У одного организма

Собственные ДМ в норме не являются АГ для собственной же иммунной системы организма (кроме отграниченных ГЭБ).

При патологии – аутоимунные заболевания.
Пример ДМ:
антигены тканевой гистосовместимости 2-го класса HLA-DR (у макрофагов, В-лимфоцитов и дендритных клеток).
ИМ (групповые АГ):

Различия у разных особей между одинаковыми клетками и тканями.

Пример ИМ: эритроцитарные АГ системы групп крови АВН.
Основы происхождения групп крови:

На ЭЦ есть гликосфинголипиды – АГ А, В и Н (агглютиногены);

В плазме есть антитела – альфа и бета (агглютинины);

АГ Н – предшественник АГ А и В;

Если к Н галактозилтрансферазой присоединиться N-галактозамин – образуется
АГ А;

Если присоединиться галактоза, образуется АГ В;

Галактозилтрансфераза кодируется геном I – в длинном плече 9 ХС;

I0 – неактивный фермент, останется предшественник Н;

IA, IB – разные изоформы фермента, доминируют над I0, но друг другу кодоминантны.
Биологические аспекты трансплантации
Основное правило трансплантации
- антигены донора и реципиента должны максимально совпадать.

При переливании крови необходимо учитывать совместимость донора и реципиента по группам крови. В противном случае иммунная система реципиента будет разрушать эритроциты донора с помощью антител.
Для успешной пересадки органов и тканей требуется соблюдать правило совместимости донора и реципиента и по другим системам, в первую очередь по лейкоцитарным АГ (система HLA).

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   27