Экзамен. Мембранология. 1. Функциональная роль мембран в клетке. Молекулярная организация

Экзамен. Мембранология.
1. Функциональная роль мембран в клетке.
2.
Молекулярная
организация
мембран.
Структура и состав биологических мембран.
3.
Углеводные
компоненты
мембран.
Особенности
строения,
представители.
Ассоциация белков в мембране с углеводными
группировками.
4.
Мембранные
белки:
классификация,
характеристика и структурные принципы.
5. Текучесть мембран. Фазовые переходы.
Физиологическое значение текучести мембран.
6. Холестерин, роль в биомембранах.
7. Многообразие мембранных липидов и их
функции. Особенности липидного состава
мембран у разных организмов.
8.
Анкирин.
Особенности
строения,
биологическая роль.
9. Основные свойства биологических мембран.
Количественные характеристики мембран.
10.Влияние липидов на свойства мембран.
Стабилизирующие
и
дестабилизирующие
липиды.
11. Липосомы. Особенности строения и
свойства.
12. Искусственные мембраны. Типы липидных
структур. Липидные бислои. Свойства липидных
бислоев.
13.
Основные
транспортные
системы
биологических мембран (на примерах).
14. Каналы
и поры в плазматических
мембранах, их характеристика и роль в
транспорте веществ через мембрану клетки. (
Привести примеры)
15. Разновидности пассивного транспорта.
Характеристика, с примерами.
16. Интегрины: особенности строения, функции.
17.
Простая
диффузия.
Основные
характеристики и свойства. Приведите примеры.
18. Селектины: особенности строения, функция.
19. Активный мембранный транспорт веществ.
20. Межклеточные контакты, роль мембран в
межклеточных контактах.
21. Пиноцитоз. Разновидности, биологическое
значение
22. Эндоцитоз. Разновидности эндоцитоза.
Биологическое
значение.
Трансформация
эндоцитозного материала.
23. Облегченная диффузия. Транслоказы,
механизм действия. Привести примеры.
24. Экзоцитоз. Разновидности экзоцитоза,
механизм. Биологическое значение.
25. Первичный активный транспорт веществ.
Роль первично-активного транспорта. Примеры.
26. Nа,К-АТФаза, Структура свойства, функция,
механизм действия в составе биологических
мембран.
27. Анионные каналы. Особенности строения,
функции.
Участие
анионного
канала
эритроцитов в транспорте углекислого газа.
28. Вторичный активный транспорт веществ.
Роль
вторичного-активного
транспорта.
Примеры.
29. Антибиотики как переносчики ионов.
Привести примеры.
30. Ионные каналы. Особенности строения,
свойства, функциональное состояние ионных
каналов.
31. Приведите рисунок, иллюстрирующий
возможные
типы
модификаций
бислоя,
вызванные белком.
32.
Приведите
схему
классификации
мембранных белков. Какие принципы лежат в
основе такой классификации?
33. Приведите классификацию ионных каналов.
Какие принципы лежат в основе классификации
ионных каналов?
34. Дайте характеристику Na-канала, а также
опишите работу такого канала. От чего зависит
работа Na-канала.
35. Составьте схему, классифицирующую
транспортные процессы.
36. Нарисуйте схему, отражающую механизм
действия Na,K-АТФазы.
37. Нарисуйте схему, согласно которой
осуществляется транспорт аминокислот в
клетку.
38.
Нарисуйте
схему
строения
нацетилхолинового рецептора.
39. Перечислите основные количественные
характеристики мембран.
40. Нарисуйте схему, отражающую понятия
антипорт, унипорт, симпорт. Дайте определения
этим понятиям и приведите примеры.
41. Изобразите схему фагоцитоза.
42.
Приведите
схему
пиноцитоза.
Охарактеризуйте это явление.
43. Приведите схему, которая иллюстрирует
понятие монотопические, битопические и
политопические белки.
44. Приведите классификацию липосом.
45. Опишите механизм действия катионных
каналов.
46. Опишите участие грамицидина в транспорте
веществ.
47. Перечислите разновидности белок-липидных
взаимодействий в мембране. (Основные типы
контактов).
48. Опишите участие валиномицина в
транспорте веществ через мембрану.
49. Перечислите функции мембранных белков.
Приведите примеры на каждую функцию.
50. Перечислите особенности локализации
белков в мембране.
51. Охарактеризуйте особенности строения
гликофорина.
52. Приведите примеры стабилизирующих и
дестабилизирующих
липидов.
Объясните
принцип такого разделения липидов.
53.
Нарисуйте,
как выглядит мицелла
обращенного типа. Охарактеризуйте данный тип
мицелл.
54.
Нарисуйте,
как выглядит мицелла
классического типа. Охарактеризуйте данный
тип мицелл.
55.
Перечислите динамические свойства
липидов (подвижность мембранных липидов).
56. Перечислите свойства простой диффузии.
Какие вещества транспортируются путем
простой диффузии?
57. Перечислите, каковы возможные механизмы
действия транслоказ?
58. Приведите классификацию межклеточных
контактов.
59. Охарактеризуйте строение десмосом.
Перечислите основные типы белков, входящие в
состав десмосом.
60. Охарактеризуйте строение нексуса.
1.Функциональная роль мембран в клетке.
Биомембраны и их составляющие вып-ют
следующие ф-ции:
Ограничение и обособление кл-к и органелл.
Обособление кл-к от межклеточной среды
обеспечивается плазматической мембраной,
защищающей клетки от механического и хим-го
воздействия. Мембраны формируют также
специализированные компартменты внутри
клетки. Такие внутриклеточные мембраны обрют
многочисленные
морфологически
различимые стр-ры (органеллы) – митохондрии,
ЭР
и
т.д.
Плазматическая
мембрана
обеспечивает также сохранение
разности
концентраций метаболитов и неорганических
ионов между внутриклеточной и внешней
средой. Плазматическая мембрана обладает
селективной проницаемостью и яв-ся барьером,
с помощью кот-го поддерживается различный
состав вне- и внутриклеточной среды.
Энергопреобразующая
ф-ция
осущ-ся
специальными белками, кот-е встроены в
особого
типа
мембрану,
называемую
энергопреобразующей.
Такая
мембрана
непроницаема для подавляющего большинства
в-в, находящихся в растворах по обе ее стороны.
Любая мембрана, выполняющая энергетическую
ф-цию способна к превращению хим-й энергии
субстратов или АТФ, либо энергии света в
электрическую энергию.
Контролируемый транспорт – метаболитов и
ионов определяет внутреннюю среду, что
существенно для гомеостаза, т.е. поддержания
постоянной
конц-ции
метаболитов
и
неорганических
ионов,
и
других
физиологических параметров. Регулируемый и
избирательный транспорт метаболитов и
неорганических
ионов
через
поры
и
посредством
переносчиков
становится
возможным благодаря обособлению кл-к и
органелл с помощью мембранных систем.
Небольшие нейтральные молекулы могут
проникать ч\з мембраны за счет диффузии.
Восприятие клеточных сигналов и их передача
внутрь клетки, а также инициация сигналов. На
мембране расположены клеточные рецепторы,
распознающие и связывающие специфические
лиганды, проводящие внутрь клетки сигнал. К
рецепторным молекулам относятся антитела,
рецепторы гормонов, нейромедиаторов, опиатов,
токсинов, лектинов, вирусов. Большинство
рецепторов представляют собой гликопротеины
или ганглиозиды (рецепторы холерного,
столбнячного, дифтерийного токсинов и токсина
ботулизма). Специфичность рецепторов по
отношению
к
лигандам
обеспечивается
углеводной частью молекулы. Связывание
лиганда рецептором приводит в одних случаях к
изменению активности аденилатциклазы и
количества цАМФ, в других – к усиленному
поступлению в клетку ионов (рецептор
действует как ионофор), что приводит к
генерации электрических сигналов.
Ферментативный катализ – в мембранах на
границе между липидной и водной фазами
локализованы
ферменты.
Именно
здесь
происходят
реакции
с
неполярными
субстратами. С мембранами связаны многие
клеточные ферменты. Некоторые из них
катализируют трансмембранные реакции, когда
реагенты находятся по разные стороны
мембраны или когда каталитический акт
сопровождается транспортом молекул. Другие
ферменты образуют своеобразные комплексы,
которые образуют своеобразные комплексы,
которые осуществляют цепь последовательных
превращений, причем благодаря тому, что эти
ферменты раполагаются в плоскости мембраны,
повышается эффективность всего процесса.
Имеются ферменты, которые действуя на
мембраносвязанные субстраты, участвуют тем
самым в биосинтезе мембран. Примерами
служат биосинтез липидов и метаболизм
неполярных ксенобиотиков. В мембранах
локализованы наиболее важные реакции
энергетического
обмена,
такие,
как
окислительное фосфорилирование и фотосинтез.
Контактное взаимодействие (межклеточное
узнавание) с межклеточным матриксом и
взаимодействие с другими клетками при
слиянии клеток и образовании тканей.
Мембраны
играют
большую
роль
во
взаимодействиях клеток друг с другом, имеют
прямое отношение к процессам роста и деления
клеток. 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 (слипание поверхностей двух
разнородных твердых или жидких тел) клеток
может определяться свойствами их поверхности,
которые специфически взаимодействую друг с
другом. Механизм этих связей обеспечивается
взаимодействием между гликопротеидами ПМ.
При таком
межклеточном взаимодействии
клеток между ПМ всегда остается щель
шириной
около
20
нм,
заполненная
гликокаликсом. За агрегацию однородных
клеток
отвечают
трансмембранные
гликопротеиды. Непосредственно за соединение
– адгезию, клеток отвечают молекулы так
называемых САМ – белков. Некоторые из них
связывают клетки друг с другом за счет
межмолекулярных
взаимодействий,
другие
образуют
специальные
межклеточные
соединения, или контакты.
2. Молекулярная организация мембран.
Структура и состав биологических мембран.
Мембраны представляют собой сложные
структуры толщиной от 6 до 10 нм (в среднем 7
нм),
двумерные
жидкокристаллические
растворы глобулярных белков в липидах.
Основными компонентами мембран являются
белки, липиды и углеводы, на долю которых
может приходиться
от 0,5 до 10% массы
мембран (при этом они всегда входят в состав
гликолипидов или гликопротеинов).
В
мембране также встречаются и другие
компоненты: неорганические ионы (соли), в
некоторых мембранах обнаружены следы РНК,
содержание которых может доходить до 0,1%. В
мембранах обнаружено довольно большое
количество
воды
(связаннойиммобилизованной), около 30% к массе
мембраны. Соотношение между белками и
липидами в мембране значительно варьирует –
от 20% (по массе сухого вещества) белка в
миелине до 80% в митохондриях. На долю
белков может приходиться от 20 до 80% от
общей массы белков и липидов. Различное
соотношение белок : липид в мембране может
колебаться от 1:4 ( белок : липид) до 3:1 (белок :
липид) и это неудивительно, если учесть, какие
разнообразные функции выполняют мембраны.
Структурную основу мембран составляют:
липиды,
среди
которых
преобладают
фосфолипиды (например, лецитин), а в
мембранах пластид - гликолипиды;
белки, которые в мембранах выполняют
определенные
функции.
Они
являются:
- ферментами;
- транспортными белками;
- стерины (у животных в основном холестерин);
- гликопротеиды;
- некоторые неорганические соли.
Основная структура всех мембран представляет
собой два параллельных слоя липидов
(бимолекулярный слой). Мембранные липиды амфипатические молекулы, имеющие:
гидрофобную часть (углеводородные остатки
жирных кислот и сфингозина);
гидрофильную часть (фосфат, холин, комамин,
сахар и т. п.).
Такие
молекулы
образуют
на
водной
поверхности мономолекулярный слой. В водном
окружении
и
в
клетке
образуются
бимолекулярные слои: гидрофобные части
различных молекул повернуты дальше от
водного окружения, т. е. друг к другу, и
удерживаются вместе сильными гидрофобными
взаимодействиями и слабыми силами Ван-дерВаальса.
Таким образом, мембраны на обеих наружных
поверхностях гидрофильны, а внутри гидрофобны.
Поскольку гидрофильные части молекул
поглощают
электроны,
они
видны
в
электронном микроскопе как два темных слоя.
Мембраны являются ассиметричными плоскими
замкнутыми
структурами, обладающими
внутренней и внешней поверхностями. Эти
структуры термодинамически стабильны (хотя
компоненты
мембран
удерживаются
нековалентыми связями и, следовательно, они
обладают лишь относительной подвижностью,
т.е. могут диффундировать в пределах
липидного бислоя) и метаболически активны. В
мембранах
заякорены
особые
белковые
молекулы, которые осуществляют функции,
специфические для определенных органелл,
клеток или организмов. Плотность мембран
прямо пропорциональна содержанию в них
белка. Чем выше содержание белка в мембране,
тем больше ее плотность. При изучении
белкового
состава
мембран
необходимо
учитывать
метод
выделения
мембраны.
Некоторые белки непрочно связаны с мембраной
и легко удаляются при промывании ее
растворами с высокой или низкой ионной силой,
щелочными растворами. Бывают случаи, когда
трудно сказать, является ли белок мембранным
или цитоплазматическим, случайно связавшимся
с мембраной в ходе ее выделения.
3.Углеводные
компоненты
мембран.
Особенности
строения,
представители.
Ассоциация
белков
в
мембране
с
углеводными группировками.
Углеводы в составе мембран не представлены
самостоятельными отдельными соединениями, а
обнаруживаются лишь в соединении с белками
(гликопротеины и протеогликаны) и липидами
(гликолипиды). В мембранах гликозилировано
около 10% всех белков и от 5 до 26% (в
зависимости от объекта) липидов.
Углеводные цепи белков колеблются по составу
от двухзвенных структур до разветвленных 18членных полисахаридов называемых гликанами,
весьма разнообразного состава. В них
включаются глюкоза, галактоза, нейраминовая
кислота, фукоза и манноза. В составе
соединительной
ткани
и
межклеточного
вещества
обнаруживаются
протеогликаны:
углеводные компоненты в них сульфатированы.
Их типичными представителями являются
хондроитинсульфат, дерматансульфат и
гепарансульфат.
Углеводный
компонент
гликолипидов также сульфатирован. В этом
случае олигосахара соединены с молекулами
церамида,
а
функции,
которые
они
осуществляют в клетке, аналогичны таковым у
гликопротеинов и протеогликанов. Все три
класса
углеводсодержащих
соединений
называют глюкоконъюгатами.
В соответствии с типом связей присоединяемые
углеводные компоненты делят на О-гликаны и
Ν-гликаны. В случае гликопротеинов в
образование О-гликозидной связи вовлекаются
обычно серин, треонин, при образовании Νгликозидной связи – аспарагин;
при
образовании гликолипидов – церамид.
Углеводные компоненты мембранных структур
в подавляющем большинстве открываются во
внеклеточную среду. Их функции связаны с
контролем
за
межклеточными
взаимодействиями, поддержанием иммунного
статуса клетки, обеспечением стабильности
белковых молекул в мембране.
Одним из наиболее интересных представителей
семейства гликопротеидов является родопсин –
компонент палочек сетчатки; этот белок,
выделенный из сетчатки глаза быка, содержит
около
4%
углеводов,
образующих
олигосахаридную цепочку, которая связана с
полипептидом с М.В.= 28000.
Во многих случаях гликопротеиды выполняют
роль рецепторов (для гормонов антигенов,
фитогемагглютининов),
расположенных
на
поверхности клеток.
Глкиопротеиды
являются
основными
компонентами вирусных оболочек ( на их долю
приходится до 40% суммарного вирусного
белка) и имеют близкие молекулярные веса.
В качестве наиболее распространенного примера
гликопротеинов,
содержащих
Ν-гликаны,
обычно приводят иммуноглобулины крови.
Однако они, как и содержащие О-гликаны
муцины слюны и слизи, - не мембранные
гликопротеины, проявляющие свои функции вне
контакта с мембраной. Типичным примером
гликоконъюгатов, выполняющих свои функции
в составе мембран, являются антигенные
детерминанты групп крови. Они представлены
как гликолипидами, так и гликопротеинами, в
числе которых – известный гликофорин.
Важна роль углеводного компонента белковых
молекул и в формировании сложных молекул со
специфическими функциями – процессинге.
Многие
белковые
молекулы,
особенно
биологически
активные
вещества
(нейропептиды), синтезируются в виде крупных
неактивных предшественников, которые затем
расщепляются специфическими протеазами с
формированием
«зрелых»
биологически
активных продуктов. Деятельность протеаз
контролируется уровнем гликозилирования
белков. Так, многие белки, синтезируемые
вначале как гликопротеины, в дальнейшем в
результате
процессинга
теряют
олигосахаридную часть.
Еще одной функцией клеток, за которую
ответственны гликопротеины, является –
адгезивность – способность клеток прочно
прикрепляться к поверхности субстрата или друг
у другу. За это свойство отвечают лектины –
белки, обладающие повышенной способностью
связывать
углеводы.
Первым
лектином,
выделенным для анализа, был рицин касторовых
бобов, полученный П.Эрлихом (1900). Позже
Самнер (1919) получил в кристаллическом
состоянии из канавалии мечевидной известный
ныне конканавалин А. Этот лектин применяют
для
изучения
углеводных
компонентов
клеточных мембран. Лектины в растениях, повидимому, выполняют функцию, аналогичную
роли иммунокомпетентной системы животных:
фиксируют
патогенные
микробы
и
способствуют
их
разрушению.
Лектины
азотфиксирующих
растений
обеспечивают
контакт
корней
с
азотфиксирующими
микроорганизмами. Важная роль в регуляции
межклеточных
взаимодействий
клеток
животных принадлежит фибронектину.
4. Мембранные белки: классификация,
характеристика и структурные принципы.
Мембраны содержат от 20 до 80% (по весу)
белка. Именно белки ответственны за
функциональную акт-ть мембран. К ним
относятся разнообразные ферм., транспортные
белки, рецепторы, каналы, поры и т.д., кот-е
обеспечивают уникальность ф-ций каждой
мембраны.
В настоящее время идентифицировано более 30
мембраных белков. Их молекулярный вес
колеблется в пределах от 10000 до 240000. Один
из наиболее хорошо изученных белков
эритроцитов – гликофорин.
Мемб. белки также как и липиды постоянно
обновляются.
Скорости
их
обновления
варьируют в широком диапазоне. Время жизни
мемб. белков составляет от 2-х до 5 дней.
Многие мемб. белки яв-ся трансмембранными и
пронизывают бислои. Некоторые белки связаны
с мембраной лишь за счет их вз-вия с др.
белками.
Мемб. белки обычно связ-ся с мембраной с
помощью нековалентных вз-вий – гидрофобных
или электростатических сил. Им-ся мемб. белки,
кот-е связаны с липидами ковалентно (такие
примеры немногочисленны).
Кл-ция.
По расположению в мембране белки делятся на:
1) Интегральные белки. Могут располагаться
на какой- либо одной стороне мембраны или на
обеих сторонах мембраны. Они могут
пронизывать мембрану целиком и в этом случае
они на-ся трансмембранными. Интегральные
белки
имеют
трансмембранные
спирализованные участки (домены), кот-е
однократно или многократно пересекают
липидный бислой.
Почти все изученные
интегральные белки имеют протяженность,
превышающую 5-10 нм, и величину равную
толщине бислоя. У интегральных мемб. белков
фрагмент пептидной цепи, пересекающий
липидный
бислой
состоит
из
21-25
преимущественно гидрофобных а\т, кот-е обрют правую α-спираль с 6 или 7 витками
(трансмембранная спираль). Эти интегральные
белки
представляют
собой
глобулярные
амфифильные
стр-ры.
Оба
их
конца
гидрофильны,
а
участок
пересекающий
сердцевину бислоя, гидрофобен. Многие из них
могут пересекать мембрану многократно.
Интегральные белки распределены в бислое
ассиметрично. Примером интегрального мемб.
белка служит
гликофорин эритроцитов
человека. Он состоит из 131 а\ного остатка и
множества остатков сахаров, на долю кот-х
приходится 60% всей массы молекулы. Nконцевая часть молекулы, богатая сахарами,
гидрофильна и располагается на внешней
стороне клетки, а С-концевая часть, яв-щаяся
гидрофобной, проникает ч\з мембрану, и
находится внутри клетки.
2) Полуинтегральные белки (рецепторные).
Они погружены в толщу фосфолипидных слоев.
Вып-ют рецепторные ф-ции. Полуинтегральные
белки
обр-ют
на
мембране
биохим-й
«конвейер», на кот-м в определенной послед-ти
осущ-ся превращение в-в.
3) Периферические белки. Не пронизывают
мембрану, в большинстве случаев они
располагаются на поверхности мембраны.
Удерживаются на мембране с помощью
липидного якоря и связаны с др. компонентами
мембраны;
н-р,
они
часто
бывают
ассоциированы с интегральными мембранными
белками.
Они
удерживаются
электростатическими вз-виями либо путем взвия своими боковыми полярными группами а\т
нековалентно с гидрофильной поверхностью
липидного бислоя. Периферические белки
мембран отличаются от интегральных меньшей
глубиной проникновения в бислой и более
слабыми белок-липидными вз-виями. Они могут
находиться как на одной из поверхностей, так и
с обеих сторон мембраны. Примерами,
периферических мемб. белков могут служить
цитохромы а,в.с из мембраны митохондрий и
спектрин, белковый компонент мембраны
эритроцитов. Молекула спектрина состоит из 4-х
полипептидных цепей с общей молекулярной
массой около 1 млн, длина 100-200 нм. Он
связываясь с
липидами и др. белками,
формирует решетку, и, выполняет роль скелета
мембраны эритроцитов крови.
По характеру взаимодействия белка с
мембраной белки подразделяются на:
1) Монотипические. Связывание с мембраной
за
счёт
амфипатической
α-спирали,
параллельной
плоскости
мембраны;
гидрофобной петли; ковалентно соединённого
жирнокислотного остатка; электростатического
взаимодействия
(прямого
или
кальцийопосредованного).
2) Битопические. Связывание с мембраной за
счёт единичной трансмембранной α-спирали.
3) Политопические. Связывание с мембраной за
счёт единичной трансмембранной
α-спирали; множественных трансмембранных αспиралей; β-складчатой структуры.
Монотопические
белки
относятся
к
периферическим белкам, а би- и политопические
– к интегральным.
Примером биотпического белка является
гликофорин, политопических – транспортные
АТФазы, бактериородопсин.
5. Текучесть мембран. Фазовые переходы.
Физиологическое
значение
текучести
мембран.
Текучесть мембраны обеспечивается сложным
распределением остатков жирных кислот между
молекулами различных фосфолипидов и
основана на том, что все липидные бислои
представляют собой лиотропные жидкие
кристаллы.
При
температуре,
характеристической
для
отдельных
фосфолипидов, совершается фазовый переход
жесткий гель - текучее жидкокристаллическое
состояние.
Особое влияние
на текучесть
мембраны оказывает жесткое четырехчленное
кольцо холестерола, погруженное в липидный
бислой. У эукариотических клеток при
температуре 37 С холестерол ограничивает
текучесть мембраны, а при более низких
температурах он, наоборот, способствует
поддержанию их текучести, препятствуя
слипанию углеводородных цепей. Холестерол
играет роль молекулярного модификатора
мембран, включение которого приводит к
образованию состояний с промежуточной
текучестью. Если ацильные боковые цепи
находятся в неупорядоченном состоянии, то
холестерол вызывает их конденсацию; если же
они образуют какую-то кристаллоподобную
структуру, то холестерол переводит ее в
неупорядоченное состояние. При высоком
отношении холестерол / липид фазовый переход
вообще не происходит. Текучесть мембраны
сильно влияет на ее функционирование. При
увеличении текучести мембрана становится
более проницаемой для воды и других малых
гидрофильных молекул,
растет скорость
латеральной диффузии интегральных белков.
Если активный центр интегрального белка,
осуществляющий
некую
функцию,
располагается исключительно в гидрофильной
его части, то изменение текучести липидов,
вероятно, не скажется слишком сильно на
активности белка. Но если белок выполняет
транспортную функцию и транспортный
компонент пересекает мембрану, то изменения
свойств липидной фазы могут привести к
значительному изменению скорости транспорта.
Превосходным примером является зависимость
функционирования инсулинового рецептора от
текучести мембран. Когда концентрация
ненасыщенных жирных кислот в мембране
растет (при культивировании клеток в среде,
богатой этими соединениями), увеличивается
текучесть, а это приводит к тому, что рецептор
связывает
больше
инсулина.
Текучесть
мембраны и соответственная латеральная
подвижность могут быть неодинаковыми в
разных ее участках. Например, в плоскости
мембраны могут возникать белок-белковые
взаимодействия, приводящие к образованию
жесткого белкового матрикса в отличие от
обычного липидного матрикса. Такие области
белкового матрикса могут сосуществовать с
обычным липидным матриксом в одних и тех же
мембранах. Примерами такого тесного соседства
различных
матриксов
являются
области
щелевых контактов, плотных контактов, а также
бактериородопсиносодержащие
фрагменты
пурпурных мембран галобактерий. Некоторые
латеральные белок-белковые взаимодействия
опосредуются
периферическими
белками;
например, образуются сшивки через антитела и
лектины и формируются так называемые кэпструктуры на поверхности мембраны. Таким
образом, периферические белки, участвуя в
специфических
взаимодействиях,
могут
ограничивать подвижность интегральных белков
внутри мембраны.
Обычно биомембраны
находятся в жидкокристаллическом состоянии,
и, по-видимому, поддержание такого состояния
очень важно для их функционирования. При
переходе мембраны из жидкокристаллической
фазы в фазу геля текучесть уменьшается
примерно на два порядка. Структурные и
динамические свойства бислоя, находящегося в
фазе геля, совершенно несовместимы с
организацией
и
правильным
функционированием белковых компонентов в
мембране. Впрочем, из этого правила имеются
несколько
исключений.
Это,
например,
полукристаллические
области
пурпурных
мембран (так называемые бляшки) Н. halobium,
содержащие бактериородоп-син.
6. Холестерин, роль в биомембранах.
Холестерин является одноатомным спиртом в
молекуле
которого
есть
ядро
циклопентанпергидрофенантрена. Нерастворим
в воде, растворим в жирах и органических
растворителях.
Холестерин
обеспечивает
стабильность клеточных мембран в широком
интервале температур. Холестерин в составе
клеточной плазматической
мембраны играет
роль модификатора бислоя, придавая ему
определённую жёсткость за счёт увеличения
плотности «упаковки» молекул фосфолипидов.
Таким
образом,
холестерин —
стабилизатор текучести плазматической
мембраны. Термин «мембрана» обозначает
клеточную границу, служащую, с одной
стороны, барьером между содержимым клетки и
внешней средой, а с другой — полупроницаемой
перегородкой, через которую могут проходить
молекулы воды и некоторые из растворенных в
ней веществ. Более чем на 95% мембраны
состоят из липопротеидов. В их состав входят
фосфо-, гликолипиды и холестерин, который
выполняет не только стабилизирующую, но и
протекторную функцию. Он обеспечивает
стабильность клеточных мембран и защищает
внутриклеточные структуры от разрушительного
действия свободных кислородных радикалов,
которые образуются при обмене веществ и под
влиянием внешних факторов. Холестерин
нерастворим в воде и в чистом виде не может
доставляться к тканям организма при помощи
основанной на воде крови. Вместо этого
холестерин в крови находится в виде хорошо
растворимых комплексных
соединений с
особыми
белками-транспортерами,
так
называемыми аполипопротеинами.
Такие
комплексные
соединения
называются
липопротеинами. Существует несколько видов
аполипопротеинов,
различающихся
молекулярной массой, степенью сродства к
холестерину
и
степенью растворимости комплексного
соединения
с
холестерином.
Различают
следующие группы: высокомолекулярные (HDL,
ЛПВП, липопротеины высокой плотности) и
низкомолекулярные
(LDL, ЛПНП,
липопротеины низкой плотности), а также очень
низкомолекулярные
(VLDL,
ЛПОНП, липопротеины
очень
низкой
плотности) и хиломикрон.
7. Многообразие мембранных липидов и их
функции. Особенности липидного состава
мембран у разных организмов
Липиды
мембраны
бывают
трех
видов: глицерофосфолипиды,
сфингофосфолипиды и стероиды (холестерол).
Молекула глицерофосфолипида состоит
из
остатка трёхатомного спирта глицерола, атомы
водорода двух гидроксильных групп которого
замещены на две длинные цепи жирных кислот.
Третий атом водорода гидроксильной группы
глицерина замещён остатком фосфорной
кислоты, к которому, в свою очередь,
присоединён остаток одного из азотистых
оснований
(холин,
этаноламин,
серин,
инозитол). Глицерофосфолипиды – это наиболее
распространенные
полярные
липиды
в
мембранах. Жирные кислоты почти всегда
содержат четное число атомов углерода в
пределах от 14 до 20. Наиболее распространены
кислоты С16, С18 и С20. В фосфолипидах
некоторых бактериальных мембран обнаружены
разветвленные цепи, а также цепи, содержащие
циклы
(например,
циклопропан),
и
гидроксильные группы в β- положении. У
археобактерий глицерофосфолипиды имеют
обращенную стереоконфигурацию, при которой
фосфорильные группы находятся в sn-1положении глицеринового остатка. Простейший
представитель
глицерофосфолипидов
–
фосфатидовая кислота (ФК), в которой
фосфатная группа этерифицирована только
остатком глицерина. Гликоглицеролипиды – это
нейтральные липиды, у которых в sn- 3положении глицерина находится углевод,
присоединенный с помощью гликозидной связи,
например,
галактоза.
Гликоглицеролипиды
широко
представлены
в
мембранах
хлоропластов
растений
(моногалактозилдиглицерид
составляет
половину от всех липидов тилакоидной
мембраны), они обнаружены также в заметных
количествах в сине-зеленых водорослях и
бактериях. Для мембран грамположительных
бактерий характерны гликоглицеролипиды с
большим разнообразием сахаров. В мембранах
животных
клеток
гликоглицеролипиды
встречаются редко. Сфинголипиды также
являются
важными
мембранными
компонентами. Они представляют собой
производные С18-аминоспирта – сфингозина,
имеющего транс-конфигурацию двойной связи.
N-ацилированное
производное
сфингозина
принято
называть
церамидом.
Церамид
(гидрофобная часть) может быть связан с
различными полярными головками, поэтому
сфинголипиды
разделяют
на
фосфосфинголипиды и гликосфинголипиды.
Фосфосфинголипиды имеют такие же полярные
головки, как и глицерофосфолипиды, а их
гидрофобная часть представлена церамидом. В
плазматических мембранах животных клеток
широко распространен сфингомиелин (церамид1-фосфорилхолин). В мембранах растительных и
бактериальных клеток фосфосфинголипиды
встречаются
редко.
Гликосфинголипиды
содержат углеводы, присоединенные с помощью
гликозидной связи к концевой гидроксильной
группе
церамида.
Моногликозилцерамиды
обычно называют цереброзидами. Цереброзиды,
в отличие от фосфолипидов, являются
нейтральными липидами, они найдены в тканях
животных, растений и микроорганизмах.
Ганглиозиды
представляют
собой
класс
анионных гликосфинголипидов - церамид связан
с олигосахаридом, в состав которого входит
один или несколько остатков сиаловой кислоты.
Наиболее богат ганглиозидами мозг, были
обнаружены они и в других тканях (почки,
печень, легкие и т.д.). Стеролы являются
нейтральными липидами, которые присутствуют
во многих мембранах растений, животных и
микробов.
Самым
распространенным
из
стеролов является холестерин.
8.
Анкирин.
Особенности
строения,
биологическая роль.
Анкирин (от греческого слова ankyr, что
означает
"якорь")
периферический
мембранный
белок,
связывающий примембранный
актинспектриновый цитоскелет с интегральными
мембранными белками. Впервые он был
обнаружен в эритроцитах в рез-те поисков
участка связывания спектрина с мембраной.
Анкирин - белок цитоскелета эритроцита,
соединяющий трансмембранный белок полосы
3 со спектрином. Недостаточность
анкирина наследуется
аутосомно-рецессивно
или
аутосомно-доминантно;
аутосомнорецессивное наследование встречается реже,
но анемия при нем тяжелее. Анкирин - это
фосфопротеин с молекулярной массой 210 кД,
который связывается как с головным участком
β-субъединицы спектрина ,
так
и
с
цитоплазматическим доменом белка полосы 3 .
Фосфорилирование анкирина уменьшает его
сродство к спектрину. Молекула анкирина
состоит из 3-х доменов: N-концевого или
мембраносвязывающего , промежуточного или
спектринсвязывающего и С-концевого
регуляторного. Анкирин содержит ковалентно
связанную жирную к-ту, ф-ция кот-й пока не
установлена (возможно, она необходима для
взаимодействия анкирина
с мембраной).
Функциональная акт-ть анкирина регулируется
С-концевым регуляторным доменом и за счет
фосфорилирования белка протеинкиназами. in
vitro казеинкиназа I фосфорилирует в молекуле
анкирина от 1 до 7 а\тных остатков.
Нефосфорилированный анкирин связывается
преимущественно с тетрамерами (или большими
олигомерами)
спектрина,
а
после
фосфорилирования - как с тетрамерами, так и с
димерами
этого
белка.
Вследствие
фосфорилирования ухудшается способность
анкирина связывать белок полосы 3. Участки
фосфорилирования анкирина казеинкиназой I
пока не идентифицированы. Анкирин может
фосфорилироваться также протеинкиназой А, но
функциональное
значение
такого
фосфорилирования также пока не установлено.
9.Осн-е св-ва биологических мембран.
Количественные характеристики мембран.
Основные свойства мембран:
1) Замкнутость. Липидные бислои (и мембраны)
всегда самостоятельно замыкаются на себя с
образованием
полностью
отграниченных
отсеков. Действительно, лишь в этом случае все
гидрофобные части липидов оказываются
изолированными от водной фазы.
По
той же
причине при нарушении
целостности мембраны
происходит
ее
«самосшивание».
2)
Латеральная подвижность. Несмотря
на замкнутость мембран, их стрра при температуре тела не явся жесткой. Компоненты
мембраны могут перемещаться
в пределах своего слоя.
В большой
степени это относится к липидам,
но в немалой мере – и к белкам. Так , в
результате случайной диффузии молекула
крупного белка массой 100 000 Да за 10 с
перемещается в мембране в среднем на 2,5 мкм,
а молекула липида за то же время – в среднем на
5,5 мкм. По сравнению с размерами самих
молекул это очень большие расстояния.
Тем самым мембраны обладают свойствами
двумерных жидкостей. По этой причине модель
строения биомембран называется жидкостно –
мозаичной
(мозаичнойпоскольку белки находятся в мембране не на
всем
ее
протяжении,
а в виде
отдельных островков).
Кроме латеральной подвижности, некоторые
мембранные
белки способны
совершать
вращательные
движения,
меняя свою
ориентацию
относительно
поверхностей
мембраны.
Так функционируют некоторые
мембранные
переносчики:
связав
в-во
с одной стороны,
они
поворачиваются
в
мембране на 180 градусов и высвобождают в-во
с другой стороны мембраны. Белки с
углеводными компонентами к подобному
вращению никогда не способны – в силу
высокой гидрофильности олигосахаридов.
3) Асимметрия. Наружная и вну. поверхности
мембраны обычно различаются по своему
составу:
а) углеводные компоненты, как уже отмечалось,
нах-ся с внешней поверхности плазмолеммы;
б) многие белки расположены всегда только
с наружной, а другие – только с внут. стороны;
в) нередко различается и липидный состав слоев
бислоя.
Полярность
(асимметрия)
мембраны
возникает на ранних стадиях ее формирования и
затем все время сохраняется.
Количественные характеристики.
а) Соотношение по общей массе липидов и
белков в мембранах обычно близко к 1:1, но
иногда варьирует от 4:1 до 1:4.
б) При этом липиды (в отличие от белков)
являются низкомолекулярными веществами:
молекулярная масса большинства мембранных
липидов – около 740 Да, а для холестерина –
почти вдвое ниже. Это практически на два
порядка меньше молекулярной массы многих
белков.
в) По этой причине кол-во липидных молекул в
мембране клетки (в частности, в плазмолемме)
на те же два порядка больше, чем количество
молекул белков.
г) Естественно, значительно различается и
площадь
мембранной
поверхности,
приходящаяся на отдельные молекулы. Для
липидной молекулы – это примерно 0,5 нм2, а
для белковой молекулы – порядка 20 – 30нм2.
д) Толщина же мембраны во многом опред-ся
продольными размерами липидных молекул.
Длина углеводородного «головок» липидов) -5,3
нм. За счет белков толщина мембраны
увеличивается до 7 – 10 нм.
е) В случае плазмолеммы с внешней
поверхности находится еще гликокаликс,
толщина которого может варьировать от 4 до
200 нм, причем не только в зависимости от вида
клетки, но и разных участках одной и той же
клетки.
Гликокаликс – это совокупность различных
белков (часто – гликопротеинов), связанных с
плазмолеммой. Некоторые из данных белков
являются ферментами.
10. Влияние липидов на свойства мембран.
Стабилизирующие и дестабилизирующие
липиды.
Отношение белок/липиды в среднем близко к
1:1, но в ряде случаев оно значительно
отклоняется от этого уровня. Миелиновые
оболочки сильно обогащены липидами, а
внутренняя мембрана митохондрий – белками.
Внешние мембраны
значительно богаче
внутренних по содержанию таких компонентов,
как углеводы,
сфинго
и гликолипиды
,
холестерин.
Гликолипиды
и
холестерин
относятся к «стабилизирующим» липидам. Во
внутренних
мембранах таких липидов почти
нет,
т.е.
соотношение сильно
сдвинуто
в сторону «дестабилизирующих» липидов – в
основном фосфолипидов. Таким образом,
действительно,
мембраны очень
сильно
отличаются друг
от
друга по составу.
Фосфолипиды
и
сфинголипиды включают
непредельные
углеводородные
«хвосты».
Причем среди них встречаются остатки не
только
олеиновой
кислоты,
но
и
полиненасыщенных кислот – линолевой,
арахидоновой
и
других.
В
каждом
месте нахождения
двойной
связи углеводородная цепь имеет изгиб. А
изгибы затрудняют взаимодействие соседних
цепей, что делает структуру бислоя менее
упорядоченной.
Повышается
латеральная
диффузия
компонентов
мембраны;
увеличивается диффузия
соответствующих
веществ через мембрану; повышается также
способность мембран к разрыву. Гликолипиды и
холестерин
оказывают
на
лабильность
мембраны два противоположных действия. С
одной стороны, они вносят дезорганизацию
в расположение углеводородных «хвостов»: ХС
– за счет внедрения между последними, а ГЛ –
из-за более длинных, чем обычно, остатков
нервоновой и цереброновой кислот. Это
несколько дестабилизирует мембраны. Но,
с другой стороны, те же факторы препятствуют
активному перемещению липидов.
А это,
напротив, оказывает стабилизирующее действие,
которое в итоге и перевешивает. По данной
причине ХС
и ГЛ
отнесены
к разряду «стабилизирующих»
мембранных
липидов.
Поскольку
во
внутренних
мембранах клеток этих липидов (ХС и ХЛ)
очень мало, можно сделать вывод: данные
мембраны существенно более лабильны, чем
внешние. Т.е. они более текучи, более
проницаемы и более склонны к разрыву. Все
эти свойства могут меняться со временем
и для одной и той же
мембраны.
Причиной
этому обычно служит изменение ее липидного
состава.
11. Липосомы. Особенности строения и
свойства
Липосомы — самопроизвольно образующиеся в
смесях фосфолипидов с водой замкнутые
пузырьки. Их стенка состоит из одного или
нескольких бислоёв фосфолипидов (слоёв
толщиной в две молекулы), в которые могут
быть встроены другие вещества (например,
белки). Внутри липосом содержится вода или
раствор. Диаметр липосом варьирует от
20 нм (моноламеллярные
везикулы,
стенка
состоит
из
одного
бислоя)
до
1050 мкм (мультиламеллярные везикулы, стенка
состоит из десятков или сотен бислоёв). Внешне
липосомы не всегда выглядят как глобулярные
частицы. Иногда они принимают уплощенную
дискообразную
форму
(так
называемые
дискомы) или имеют вид очень длинных и
тонких трубок, которые называют тубулярными
липосомами. При включении в липосомы
биологически активных веществ – водная фаза
включается в полость везикулы, а масляный
экстракт в ее оболочку. Одна из причин интереса
к липосомам – способность захватывать как
водо-, так и жирорастворимые соединения. Это
позволяет заключать как гидрофильные, так и
липофильные ингредиенты в везикулярные
структуры, которые суспензируются в водной
среде. Вначале липосомы использовали только
как
модели биологических
мембран.
В
дальнейшем было установлено, что их можно
применять как микроконтейнеры, которые
способны
доставлять
разнообразные
лекарственные препараты в различные органы
и ткани.
В липосомы могут
быть
заключены ферменты,гормоны, витамины, антиб
иотики, цитостатики, циклические нуклеотиды и
т.д. Свойства липосом и их поведение
определяются прежде всего наличием у них
замкнутой мембранной оболочки. Несмотря на
молекулярную толщину (около 4 нм), липидный
бислой
отличается
исключительной
механической прочностью и гибкостью. В
жидкокристаллическом состоянии бислоя его
компоненты обладают высокой молекулярной
подвижностью, так что в целом мембрана ведет
себя как достаточно жидкая, текучая фаза.
Благодаря
этому
липосомы
сохраняют
целостность при различных повреждающих
воздействиях, а их мембрана обладает
способностью к самозалечиванию возникающих
в ней структурных дефектов. Вместе с тем
гибкость бислоя и его текучесть придают
липосомам
высокую
пластичность.
Так,
липосомы меняют размеры и форму в ответ на
изменение
осмотической
концентрации
внешнего водного раствора. При сильном
осмотическом стрессе целостность бислоя
может нарушиться и липосомы могут
раздробиться на частицы меньшего размера. Для
практического
применения
липосом
исключительно важна их способность включать
в себя и удерживать вещества различной
природы.
12.
Искусственные
мембраны.
Типы
липидных структур. Липидные бислои.
Свойства липидных бислоев.
Искусственные мембраны получают из
полярных липидов различными способами.
Мономолекулярную мембрану можно получить,
помещая на границе фаз вода — воздух каплю
липида в летучем растворителе; после испарения
растворителя образуется мономолекулярный
слой, в котором гидрофильные «головы»
фосфолипидов ориентированы в водную часть, а
гидрофобные концы — в воздух.
Самосборка липидов. При самосборке липидов
образуется след.ассоциаты: 1) Монослои;2)
Мицеллы;3) Бислой.
Монослои. 1) При отсутствии ограничений
пленка липида на границе раздела вода-воздух
стремятся занять мах возможную площадь. В
этом
состоянии
монослои
молек.липида
свободно перемещ-я вдоль поверхности воды. 2)
при постепенном сжатии монослоя,приводящем
к плотности упаковки, молекулы начинают
взаимодействовать
между
собой
и
на
поверхности воды обр-ся сплашная пленка
липида. 3) При дальнейшем увеличении сжатия
молекулы будут стремиться к мах плотной
упаковке. При этом они упоряд-т свою
ориентацию.
Поведение лиганда в монослое зависит от
строения липида. Н-р, введение (=) связи в ЖК
увеличивает площадь, приходящегося на
молекулу.
Монослои,
образованные
ненасыщенными ЖК, проявляют менее упоряд-е
слои.
Мицеллы-простейшие агрегаты, образованные
липидными молекулами в объемной фазе
растворителя.
В зависимости от природы растворителя липиды
могут быть: 1.мицеллы обычного типа(
классические)- в воде; 2. «обращенные»
мицеллы-(бензол,
гексан).
Склонность
к
образованию мицелл зависит от: - строения
липида, -соотношения размеров полярной и
неполярной частей молекулы.
Мицелообразные
липиды:1.
Соли
ВЖК;
2.Фосфолипиды; 3. Ганглеозиды.
Мицеллы:
сферические,
элиплоидные,
цилиндрические. Размеры мицелл – диаметр от 3
до 6 нм. От 10 до 100 молекул на 1 мицеллу.
Липидные мицеллы.
Важным свойством липид.мицелл является их
способность солюбилизировать, т.е. растворять в
себе те вещества, которых в отсутствие мицелл в
среде не растворимы. Так, обращенные мицеллы
могут включать значительное количество воды
во внут.объем.
Образование фосфолипидного бислоя.
При избытке фосфолипидов в водной сфере
происходит
самопроизводное
образование
бислоя, в котором углеводородные
хвосты
направлены вовнутрь, а гидрофобные головки
наружу.
Липидный бислой.
Способность образовать бислой определяется
состоянием полярных и неполярных частей.
Бислой –представляет собой термодинамически
наиболее выгодную форму ассоциации тех
липидов, молекулы которых не способны
образовать в воде не большие агрегаты мицеллго типа. Липидный бислой образуется за счет: 1.
Гидрофильных взаимодействий. 2. Ван-дерВаальсовых сил.
Мультиламелярный бислой. При низком
содержании воды (в случае ФХ до 40% воды по
массе).
Важное свойство бислоя- кооперативность его
структуры.
Целостность бислоя обеспечивается множеством
усиливающих друг друга нековалентных
взаимодействий.
ФЛ и ГЛ в воде образуют кластеры, в которых
контакт углеводородных цепей способствует
также Ван-дер-ваальсовы взаимодействия. Это
ведет к 3 последствиям: 1. Липидный бислой
имеет тенденцию к увеличению поверхностей.
2.липидный бислой стремятся замкнуться на
себя.
3.
Липидные
слои
способны
самозапечатываться (самосшиваться).
13.
Основные
транспортные
системы
биологических мембран (на примерах).
Мембранные поры – это щели между
молекулами липидов, которые обеспечивают
простую диффузию в мембране. Поры
различают вещества только по размеру и
пропускают все молекулы меньше определённой
величины, по градиенту концентрации, т.е.
служат фильтрами. Скорость простой диффузии
линейно зависит от градиента концентрации
вещества. Осуществляется неизбирательно и
характеризуется малой скоростью. Примеры:
транспорт кислорода их легких в кровь и
обратно, всасывание продуктов пищеварения из
кишечника,
поглощение
элементов
минерального питания клетками корневых
волосков.
Ионные
каналы
–
это
мембранные
молекулярные
структуры,
образуемые
траснсмембранными белками, пронизывающими
клетки мембраны поперек в виде нескольких
петель и образующими в мембране сквозной
канал. Пути с «воротами», которые могут
находиться в открытом или закрытом состоянии.
Участвуют
в
облегченной
диффузии.
Облег.диффузией
переносятся
сахара,
аминокислоты, нуклеотиды и др.полярные мол.
Примеры ИК: K+, Na+,Н+,Са2+,С-,Н2О каналы.
Анионные каналы. Белок полосы 3 - белок
цитоскелета эритроцита. Белок полосы 3 - это
транспортный
трансмембранный
политопический гликопротеид. БП 3 принимает
участие в переносе кислорода из легких к
тканям и углекислого газа из тканей к легким.
Катионные каналы. Н-р н-ацетилхолиновый
рецептор – олигомерный белок – кислый
гликопротеин.
Катионные
каналы
в
невозбужденном состоянии мембраны закрыты.
После связывания с рецептором 2-х молекул
ацетилхолина
изменяется
конформация
белковых молекул и Ca2+ диссоциирует с
субъединицы.
Вследствие
этого
канал
открывается и Na+ поступает внутрь клетки, а
К+- наружу по градиенту концентрации.
Nа+,К+-АТФ-аза. Катализирует АТФ-зависимый
транспорт ионов Na+ и K+ через плазматическую
мембрану.
Nа+,К+-АТФ-аза
отвечает
за
поддержание высокой концентрации К+ в клетке
и низкой концентрации Na+. Т.к. Nа+,К+-АТФ-аза
выкачивает три положительно заряженных иона,
а закачивает два, то на мембране возникает
электрический потенциал с отрицательным
значением на внутренней части клетки по
отношению к её наружной поверхности.
Са2+-АТФ-аза. Са2+-АТФ-аза локализована не
только в плазматической мембране, но и в
мембране ЭР. Фермент состоит из десяти
трансмембранных доменов, пронизывающих
клеточную мембрану. Между вторым и третьим
доменами находятся несколько остатков
аспарагиновой
кислоты,
участвующих
в
связывании кальция. Область между четвёртым
и пятым доменами имеет центр для
присоединения АТФ и аутофосфорилирования
по остатку аспарагиновой кислоты. Са2+-АТФазы плазматических мембран некоторых клеток
регулируются белком кальмодулином. Каждая
из Са2+-АТФ-аз плазматической мембраны и ЭР
представлена несколькими изоформами.
14. Каналы
и поры в плазматических
мембранах, их характеристика и роль в
транспорте веществ через мембрану клетки. (
Привести примеры)
Мембранные поры – это щели между
молекулами липидов, которые обеспечивают
простую диффузию в мембране. Поры
различают вещества только по размеру и
пропускают все молекулы меньше определённой
величины, по градиенту концентрации, т.е.
служат фильтрами. Скорость простой диффузии
линейно зависит от градиента концентрации
вещества. Осуществляется неизбирательно и
характеризуется малой скоростью. Примеры:
транспорт кислорода их легких в кровь и
обратно, всасывание продуктов пищеварения из
кишечника,
поглощение
элементов
минерального питания клетками корневых
волосков.
Ионные
каналы
–
это
мембранные
молекулярные
структуры,
образуемые
траснсмембранными белками, пронизывающими
клетки мембраны поперек в виде нескольких
петель и образующими в мембране сквозной
канал. Пути с «воротами», которые могут
находиться в открытом или закрытом состоянии.
Участвуют
в
облегченной
диффузии.
Облег.диффузией
переносятся
сахара,
аминокислоты, нуклеотиды и др.полярные мол.
Каналы обычно участвуют в переносе
определённых ионов.
Свойства ИК. 1. Селективность; 2. Управляемая
проницаемость. Открытие или закрытие каналов
регулируется либо изменением концентрации
специфических
регуляторов,
таких
как
медиаторы, гормоны, циклические нуклеотиды,
NO,
G-белки,
либо
изменением
трансмембранного
электрохимического
потенциала. 3. Инактивация. 4. Блокировка –
способность
фиксировать
свое
какое-то
состояние. 5. Пластичность – ИК могут изменять
свои свойства и характеристики.
Классификация ИК. 1. По избирательности:
селективные и малоселективные. 2. По
характеру пропускаемых ионов: K+, Na+, Ca2+, Cletc.
3.
По
скорости
инактивации:
быстроинактивируемые и медленно ин-е. 4. По
мех.открывания:
потенциал-зависимые
и
хемозависимые.
Примеры ИК: K+-каналы, Na+-канал и т.д.
15. Разновидности пассивного транспорта.
Характеристика, с примерами.
Роль мембран в транспортной функции
заключается в регуляции и сопряжении потоков
энергии, вызывающих и сопровождающих
процессы
транспорта.
Если
транспорт
сопровождается
уменьшением
свободной
энергии системы, он протекает самопроизвольно
и поэтому носит название пассивного.
Пассивный транспорт идет без затрата энергии
по градиенту конц-ции.
Диффузия через липидный бислой - это простая
диффузия, зависит от конц-ции в-в по обе
стороны мембраны и температуры. Так
переходят
через
мембрану в-ва,
кот-е
растворяются в липидах (О2, СО2, азот,
алкоголь). Кислород проходит так легко, будто
мембраны и не сущ-ет. Ч\з мембрану легко
проходит и вода благодаря небольшому размеру
ее молекул.
Простая диффузия происходит не только через
липидный бислой, но и ч\з белковые каналы и
«ворота» в них. Эти каналы высокоселективные,
транспорт ч\з них зависит от вида ионов или
молекул, их диаметра, формы, эл. заряда.
Св-ва простой диффузии:
1. диффузия происходит по электрохимическому
градиенту, т. е. из области с более высокой конццией в область с более низкой;
2. скорость диффузии линейно зависит от
градиента конц-ции в-ва;
3. на диффузию не расходуется энергия;
4. осущ-ся неизбирательно и отличается низкой
скоростью;
5. гидрофильные в-ва передвигаются с меньшей
скоростью, чем гидрофобные;
6. происходит без участия мемб. белка;
7. наиболее легко и характерна для в-в
растворимых в воде.
Путем простой диффузии ч\з мембрану
проникают газы, неполярные молекулы. Н-р
кислород из легких транспортируется в кровь и
из крови в ткани; всасывание продуктов
пищеварения из кишечника; поглощение
элементов минерального питания клетками
корневых волосков.
Облегченная диффузия происходит при
участии специфического белка-переносчика, что
способствует диффузии. Белки - переносчики
(транслоказы)
имеют
центр
связывания,
комплементарный переносимому в-ву. Для них
характерна высокая избирательность. От
простой диффузии отличается тем, что скорость
ее ув-ся только до определенной степени, а
затем остается постоянной. Таким образом
транспортируются глюкоза и большинство а\т.
На скорость диффузии влияют конц-ция в-ва по
обе стороны мембраны, - ее проницаемость и
ряд других факторов. А проницаемость зависит
от толщины мембраны, кол-ва каналов на ед-цу
площади,
молекулярной
массы
в-ва,
температуры.
Если конц-ция в-ва по обе стороны мембраны
различна, то она будет переходить туда, где
конц-ция выше. Это наблюдается, пока конц-ция
не выровняется.
Сущ-ют некоторые системы переносчиков, кот-е
способны транспортировать более одного в-ва.
Процесс наз-ся симпортом,
если в-ва
перемещаются в одном и том же направлении, и
антипортом, если направления перемещения вв противоположны.
Примером
облегченной
диффузии
яв-ся
действие с-мы транспорта глюкозы ч\з
мембраны эритроцитов и мышечных кл-к.
Другой пример - антипорт бикарбоната и ионов
гидроксила
в
плазматической
мембране
эритроцитов.
16.Интегрины:
особенности
строения,
функции.
Интегрины
—
это
трансмембранные
гетеродимерные
клеточные
рецепторы,
взаимодействующие с внеклеточным матриксом
и передающие различные межклеточные
сигналы. От них зависит форма клетки, её
подвижность, они участвуют в регулировке
клеточного цикла. Структурно интегриновые
рецепторы представляют собой гетеродимеры
— каждый состоит из двух нековолентно
связанных полипептидных цепей (β,α). Обе цепи
пронизывают
клеточную
мембрану.
Молекулярные массы альфа и бета цепей
интегрина - составляют 140000 и 100000
соответственно (альфа цепь впоследствие
расщепляется на две цепи, которые остаются
связанными дисульфидной связью). Альфасубъединицы
определяют
специфичность
интегрина к лиганду, а бета-субъединицы
связаны с компонентами цитоскелета и
обеспечивают передачу сигнала в клетке.
Интегрины постоянно присутствуют в клетке, но
для связывания лиганда необходима их
активация. α -цепь содержит 3 или 4 тандемных
повтора мотива связывающего двухвалентные
ионы и нуждаются в
Mg и
Ca для
функционирования. Альфа цепи при связывании
с бета цепью дают функциональный рецептор .
По размеру α-субъединица преобладает, а
функциональную нагрузку несет β-цепь. Бета
цепь имеет функциональное значение и
интегрины классифицируются по ним. Так
интегрины с β1 или β3 цепью преимущественно
вовлечены во взаимодействие клетки - ЕСМ.
Интегрины с β2 цепью преимущественно
вовлечены во
взаимодействие лейкоцитов
между собой. Тип α –цепи не так важен для
функционирования активности.Известно около
10 типов α-субъединиц и около 15 типов βсубъединиц. По размеру β-цепи значительно
меньше чем α –цепи. В обоих типов субъединиц
выделяют
3
домена:внеклеточный,мембранный,внутриклето
чный. Внутриклеточные домены участвуют в
фиксаций цитоскелета(актиновые филаменты)структурная
функция.Связь
осущес-ся
с
помощью
винкулина,актина,талина.
Внеклеточные
домены
ответственны
за
узнавание спец-х лигандов и адгезию с ними. В
лигандах
характерно
наличие
последовательности
Арг-Гли-Асп,узнаваемая
интегринами
2.Эта
последовательность
присутствует АО всех адгезивных белках крови,
белках α –крови тромбоцитов.Большинство
интегрированных рецепторов может связываться
с несколькими лигандами. Например: Интегрин
α2 и β1 связ-ся с ламинином и коллагенами I и
IV
типов;
Интегрин
α3
и
β1-с
фибронектином,ламенином и коллагеном I;
Интегрин α5 и β1 только с фибронектином;
Интегрин α6 и β1-с ламинином. Имеется 3
семейства интегринов ;
первое семейство
включает
рецептор
фибронектина
(фибробласты) и еще 5 других белков; второевключает рецептор тромбоцитов IIбета/IIIальфа,
связывающий некоторые компоненты матрикса,
в том числе и фибриноген ;третье семейство это интегрины на поверхности лейкоцитов (
LFA-1 , Mac-1 ).
17.
Простая
диффузия.
Основные
характеристики и свойства. Приведите
примеры.
Простая диффузия – это перенос небольших
нейтральных молекул по градиенту конц-ции без
затрат энергии и переносчиков, зависит от концции в-в по обе стороны мембраны и
температуры. Так переходят ч\з мембрану в-ва,
кот-е растворяются в липидах (О2, СО2, азот,
алкоголь). Кислород проходит так легко, будто
мембраны и не сущ-ет. Ч\з мембрану легко
проходит и вода благодаря небольшому размеру
ее молекул.
Простая диффузия происходит не только ч\з
липидный бислой, но и ч\з белковые каналы и
«ворота» в них. Эти каналы высокоселективные,
транспорт ч\з них зависит от вида ионов или
молекул, их диаметра, формы, эл. заряда.
Св-ва простой диффузии:
1. диффузия происходит по электрохимическому
градиенту, т. е. из области с более высокой конццией в область с более низкой;
2. скорость диффузии линейно зависит от
градиента конц-ции в-ва;
3. на диффузию не расходуется энергия;
4. осущ-ся неизбирательно и отличается низкой
скоростью;
5. гидрофильные в-ва передвигаются с меньшей
скоростью, чем гидрофобные;
6. происходит без участия мемб. белка;
7. наиболее легко и характерна для в-в
растворимых в воде.
Путем простой диффузии через мембрану
проникают газы, неполярные молекулы. Н-р
кислород из легких транспортируется в кровь и
из крови в ткани; всасывание продуктов
пищеварения из кишечника; поглощение
элементов минерального питания клетками
корневых волосков.
18. Селектины: особенности строения,
функции.
Тканевые лектины, обладающие сродством к
концевым остаткам маннозы и фукозы –
получили название селектины. Селектины
являются трансмембранными гликопротеинами
и состоят из единственной полипептидной
цепи. Селектины связываются с олигосахарами
и, таким образом, могут рассматриваться как
тип лектинов.
Существует три варианта
селектинов: Р (от Platelet -тромбоцитарный), Е
(от Endothelial - эндотелиальный) и L (от
Lymphocyte - лимфоцитарный). Они имеют
однотипное строение. В их состав входит 3
домена: наружный — собственно лектиновый,
промежуточный — подобный эпидермальному
фактору роста,
и
несколько
коротких
согласительных
(consensus)
повторов,
прилегающих к мембране, — доменов контроля
комплемента. Рецепторами L-селектинов служат
вещества, называемые адрессинами — PNAd
(Peripheral lymph node adressin). По химической
природе адрессины относят к муцинам.
Основные рецепторы L-селектина: молекула
CD34, подокаликсин, эндогликан и GlyCAM-1
(экспрессированы на эндотелиоцитах). После
активации эндотелиоцитов цитокинами CD34 и
подогликан
приобретают
способность
связываться
с
L-селектином.
Р-селектин
опосредует транзиторную, обратимую адгезию
лейкоцитов
к
гистаминили
тромбин
активированному эндотелию в кооперации с
фактором активации тромбоцитов (ФАТ),
обусловливая феномен «катящихся» лейкоцитов.
Опосредованный L-селектином контакт между
лейкоцитом
и
эндотелиальной
клеткой
неустойчив. Это проявляется в перекатывании
лейкоцитов вдоль сосудистой стенки — качение,
или роллинг {rolling). Именно с качения
начинается процесс эмиграции лейкоцитов из
сосудистого русла. Е-селектин играет роль в
иммуноадгезии.
Опосредует
прикрепление
нейтрофилов крови к воспаленному эндотелию.
Как правило находится в незначительном
количестве на покоящихся эндотелиальных
клетках сосудов. Однако, при стимуляции
эндотелия, например цитокинами (в первую
очередь интерлейкином 1 или фактором некроза
опухоли)
или
некоторыми
продуктами
бактериального
распада,
активирующими
фактор транскрипции NF-kB, вырабатывается в
больших количествах и экспрессируется на
клеточной поверхности. Е-селектин служит
клеточным рецептором к сиалированным
углеводам на поверхности нейтрофилов, так
называемым сиалил-льюис x (или CD15),
особым тетрасахаридам, находящимся на
гликозилированных белках лейкоцитов и многих
других клеток. Селектины играют роль в
процессе трансмиграции лейкоцитов в участок
повреждения при воспалительной реакции. Pселектин локализуется в особых гранулах —
«тельцах
Вейбеля—Паладе» эндотелиальных
клеток и секретируется на поверхность клетки в
течение минут после клеточной активации. Eселектин синтезируется клетками под действием
таких цитокинов
как фактор
некроза
опухоли или интерлейкин 1β. Основным и
наиболее
изученным лигандом селектинов
является
белок лейкоцитов PSGL1 („гликопротеиновый лиганд P-селектина 1“)
19. Активный мембранный транспорт
веществ.
Перенос некоторых лигандов (ионов, глюкозы,
аминокислот) через мембраны происходит
против градиента концентрации и сопряжён с
затратой энергии (активный транспорт).
Функции системы активного транспорта (АТ): 1.
Поддержание оптимальной и постоянной
концентрации неорганических ионов, важных
для
активирования
внутриклеточных
энзимологических
рецепторов
и
других
процессов.
2.
Поддержание
стабильной
концентрации метаболитов независимо от
колебаний веществ во внешней среде. 3.
Извлечение из окр.кл.пит.сред, необх.в-в даже
при их низкой концентрации.
4. регуляции метаболизма.
Типы АТ. 1. Первичный АТ происходит за счет
энергии, образующейся непосредственно при
гидролизе АТФ или других энергетических
фосфатов. 2. Вторичный АТ происходит за счет
энергии, создаваемой при помощи первичного
АТ из-за неодинаковой концентрации ионов по
разные стороны мембраны.
Мех.обеспечения АТ энергией.
1. Первичный. Сопряжение переноса вещества с
энергодающей реакцией (гидролиз АТФ). А.
Транслоказа
обл.АТФ-азной
активностью.
Гидролиз
АТФ
происходит
в
сист.спец.интегрир-х б-в – транспортных АТФаз. Б) к гидролизу АТФ приводит более сложная
совокупность
реакций,
сопряженных
с
переносом в-ва. В) источником энергии может
быть окисл.-восст-й процесс. 2. Вторичный АТ.
Сопряжение с переносом вещества Х против
химического градиента с пассивным переносом
другого вещества У по градиенту концентрации.
Транспортные
АТФазы
способны
катализировать: 1. Сопряженный с гидролизом
АТФ АТ ионов. 2) Синтез АТФ за счет энергии
электрохимического градиента.
20. Межклеточные контакты, роль мембран в
межклеточных контактах.
Межклеточные контакты – специализированные
клеточные стр-ры, скрепляющие клетки для
формирования тканей, создающие барьеры
проницаемости и служащие для межклеточной
коммуникации.
Межклеточные
соед-ния
возникают в местах соприкосновения кл-к в
тканях и служат для межклеточного транспорта
в-в и передачи сигналов (межклеточное
взаимодействие), а также для механического
скрепления кл-к друг с другом. Через щелевые
контакты могут передаваться электрические
сигналы.
Клетки
органов
и
тканей
вырабатывают ряд хим-х в-в, действующих на
другие клетки (в том числе через межклеточные
контакты) и вызывающих изм-ния в работе
цитоскелета, в интенсивности обмена в-в и
процессе синтеза клеткой белков. Кл-ция
межклеточных контактов: 1. контакты простого
типа 2. контакты сцепляющего типа 3. контакты
запирающего
типа
4.
контакты
коммуникационного типа 1. При простом
межклеточном
соед-нии
оболочки
кл-к
сближены на расстояние 15 – 20 нм. Это соедние занимает наиболее обширные участки
соприкасающихся кл-к. Посредством простых
соед-ний осущ-ся слабая механическая связь, не
препятствующая
транспорту
в-в
в
межклеточных пространствах. Разновидностью
простого соед-ния яв-ся контакт типа «замок»,
когда билипидные мембраны соседних кл-к
вместе с участком цитоплазмы вдавливаются
друг в друга, чем достигается большая
поверхность соприкосновения и более прочная
механическая связь. 2. Контакты сцепляющего
типа бывают 2 видов: 1) Десмосома.
Десмосомой наз-ся образованное кл-ми соедние, прочно склеивающее клетки. Если они обрся между кл-ми и внеклеточным матриксом, то
они наз-ся полудесмосомами. Десмосома
представляет собой небольшое округлое
образование диаметром до 0,5 мкм. Их
функциональная
роль
заключается
в
механической связи м\у кл-ми. Кол-во десмосом
на одной клетке может достигать 2000. Такие
контакты встречаются м\у кл-ми, которые могут
подвергаться трению и другим механическим
воздействиям (эпителиальные клетки, клетки
сердечной мышцы). В десмосомах всех кл.
типов присутствуют следующие белки –
планоглобин,
десмоплантин,
десмоглеины,
десмоколлины. 2) Адгезивный поясок. В обрнии адгезивного пояска уч-ют белковые
молекулы – винкулин, актиновые фибриллы,
катенин. 3. В плотном соед-нии клеточные
мембраны максимально сближены, здесь
фактически происходит их слияние. Роль
плотного соед-ния заключается в механическом
сцеплении кл-к и препятствии транспорту в-в по
межклеточным пространствам. Эта область
непроницаема для макромолекул и ионов, она
ограждает межклеточные щели от внешней
среды. Плотные соед-ния обычно обр-ся между
эпителиальными кл-ми в тех органах (желудке,
кишечнике и пр.), где эпителий ограничивает
содержимое этих органов (желудочный сок,
кишечный сок). В этих участках плотные
контакты охватывают по периметру каждую
клетку,
межмембранные
пространства
отсутствуют, а соседние клеточные оболочки
слиты в одну. Если же плотное сцепление
происходит на ограниченном участке, то обр-ся
пятно слипания (десмосома). 4. Контакты
коммуникационного типа – некусы и синапсы.
Нексус представляет собой ограниченный
участок контакта двух клеточных мембран
диаметром 0,5 – 3 мкм с расстоянием между
мембранами 2-3 нм. Обе эти мембраны
пронизаны
белковыми
молекулами
коннексонами, содержащими гидрофильные
каналы. Через эти каналы осущ-ся обмен ионами
и микромолекулами соседних кл-к. Поэтому
нексусы наз-ют также проводящими соед-ми. Их
функциональная роль заключается в переносе
ионов и мелких молекул от кл-ки к клетке,
минуя межклеточное пространство. Этот тип
соед-ния встречается во всех группах тканей.
Синапсы
яв-ся
особыми
формами
межклеточных соед-ний. Они характерны для
нервной ткани и встречаются м\у нейронами
(межнейронные синапсы) или м\у нейроном и
клеткой-мишенью (нервно-мышечные синапсы и
пр.). Синапсы – участки контакта двух кл\к,
специализированных
для
односторонней
передачи возбуждения или торможения от одной
клетки к другой. Их ф-ция –передача нервного
импульса с нейрона на другую нервную клетку
или клетку-мишень.
21. Пиноцитоз. Разновидности, биологическое
значение.
Пиноцитоз - захват клеточной поверхностью и
поглощение клеткой жидкости. При пиноцитозе
поглощаемая капля жидкости окружается
плазматич. мембраной, к-рая смыкается над
образовавшимся пузырьком (диам. от 0,07 до 2
мкм), погружённым в клетку. Пиноцитоз— один
из осн. механизмов проникновения в-в
(макромолекул
белков,
липидов,
гликопротеидов) в клетку (прямой П., или
эндоцитоз) и выделения их из клетки (обратный
П., или экзоцитоз). В одних случаях
пиноцитозные пузырьки перемещаются в клетке
с одной её поверхности (напр., наружной) к
другой (напр., внутренней) и их содержимое
выделяется в окружающую среду, в других —
они остаются в цитоплазме и вскоре их
содержимое
сливается
с
лизосомами,
подвергаясь воздействию их ферментов.
Активный П. наблюдается у амёб, в
эпителиальных клетках кишечника и почечных
канальцев, в эндотелии сосудов, растущих
ооцитах и др. Пиноцитоз может быть
жидкофазным и адсорбционным. В первом
случае поглощаются растворимые макро- и
микромолекулы, жидкая среда; во втором —
макромолекулы и малые частицы (кислые белки,
ферритин, липопротеины, лектины, антитела,
вирионы, коллоидные частицы, иммунные
комплексы). В первом случае процесс не зависит
от температуры и линейно зависит от конц-ции
поглощаемых соединений; во втором — он
чувствителен к температуре, захват в-в
происходит с насыщением. В первом случае
растворимые
в-ва
не
адсорбируются
плазмалеммой, во втором — процесс более
специфичен: сначала происходит адсорбция вва,
затем
непосредственно
пиноцитоз.
Длительность пиноцитоза зависит от типа кл-к и
характера субстрата. Многие клетки (макрофаги,
фибробласты,
клетки
эпителия,
почек,
семявыносящих протоков и др.) в случае
жидкофазного пиноцитоза образуют пиносомы
постоянно, в течение длительного времени, хотя
и с различной скоростью.
22.Эндоцитоз. Разновидности эндоцитоза.
Биологическое значение. Трансформация
эндоцитозного материала.
Эндоцитоз
—
универсальное
явление,
характерное для любых клеток. Наиболее
выраженно эндоцитоз проявляется в клетках
простейших, в клетках печени, мозга (чаще
всего глии), эпителия, форменных элементов
крови, макрофагов, в клетках злокачественных
опухолей, в эмбриональных клетках и в меньшей степени — миоцитов. При эндоцитозе
определенный
участок
плазмалеммы
захватывает,
обволакивает
внеклеточный
материал, который таким образом попадает
внутрь клетки. Сначала этот материал
заключается в везикулу — сфероидную
органеллу,
образованную из фрагментов
плазмалеммы; внутри клетки содержимое
везикулы
постепенно
трансформируется.
Благодаря
постоянно
осуществляющемуся
эндоцитозу происходит обновление клеточной
мембраны. Эндоцитоз — это борьба с
инфекцией; это поддержание клеточного
гомеостаза путем захвата питательных в-в; это
ограничение времени действия сигнальной
информации (гормонов, медиаторов, иммунных
стимулов). Сущ-ет 3 варианта эндоцитоза
(термин предложен в 1963 г.): фагоцитоз,
пиноцитоз и специфический эндоцитоз.
Первые два явления (исходя из свойств
захватываемого материала) могут быть названы
неспецифическим
эндоцитозом.
Неспецифичность фагоцитоза и пиноцитоза
наглядно проявляется в поглощении клеткой не
нужных ей в-в (н-р, частичек сажи) или вредных
в-в (красителей). Механизмы фагоцитоза и
пиноцитоза во многом сходны и различаются по
объему и массе захватываемого материала. Любой участок плазмалеммы участвует в
неспецифическом эндоцитозе. Проникновение в
клетку частиц, биополимеров, макромолекул
включает 3 основных этапа: эндоцитоз;
трансформацию
захваченного
материала
(разложение субстратов до низкомолекулярных
фрагментов);
удаление
неперевариваемых
остатков за пределы клетки (секреция). Сам
процесс эндоцитоза имеет 4 фазы: 1) адсорбция
захватываемого материала плазма- леммой; 2)
волнообразные
движения
(ундуляция)
мембраны, инвагинация участка плазмалеммы в
зоне контакта; 3) везикуляризация, т. е.
слипание и слияние контактирующих мембран
вследствие прямой (углубление) или обратной
(впячиванне) инвагинации с образованием
эндоцитозного
пузырька
—
эндосомы
(фагосомы или пиносомы); 4) отрыв везикулы от
мембраны. Последние 3 фазы называют
интернализацией. В процессе трансформации
захваченного материала особую роль играет
система: аппарат Гольджи —ЭПР—лизосомы,
именуемая системой ГЭРЛ. Аппарат Гольджи
и
частично
цистерны
ЭПР
в
ходе
везикуляризации поставляют клетке набор
везикул с различными св-ми. Для большинства
кл-к механизм утилизации эндоцитозно го
материала в принципе универсален, хотя и
может отличаться в деталях. Транспорт эндосом
от плазмалеммы к центру клетки, где происходит их трансформация, протекает быстро, в
течение короткого времени. Образовавшиеся
эндосомы как в случае фагоцитоза, так и
пиноцитоза, сливаясь друг с другом или с
некоторыми лизосомами, преобразуются в
эндоцитозные вакуоли. В эндосомах и
вакуолях начинается первичное разложение
захваченного материала
23. Облегченная диффузия. Транслоказы,
механизм действия. Привести примеры.
Облегченная диффузия происходит при
участии специфического белка-переносчика, что
способствует диффузии. Белки - переносчики
(транслоказы)
имеют
центр
связывания,
комплементарный переносимому в-ву. Для них
характерна высокая избирательность. От
простой диффузии отличается тем, что скорость
ее ув-ся только до определенной степени, а
затем остается постоянной. Таким образом
транспортируются глюкоза и большинство а\т.
На скорость диффузии влияют конц-ция в-ва по
обе стороны мембраны, - ее проницаемость и
ряд других факторов. А проницаемость зависит
от толщины мембраны, кол-ва каналов на ед-цу
площади,
молекулярной
массы
в-ва,
температуры.
Если конц-ция в-ва по обе стороны мембраны
различна, то она будет переходить туда, где
конц-ция выше. Это наблюдается, пока конц-ция
не выровняется.
Сущ-ют некоторые системы переносчиков,
которые способны транспортировать более
одного в-ва. Процесс наз-ся симпортом, если вва перемещаются в одном и том же направлении,
и антипортом, если направления перемещения
в-в противоположны.
Примером
облегченной
диффузии
яв-ся
действие с-мы транспорта глюкозы ч\з
мембраны эритроцитов и мышечных кл-к.
Другой пример - антипорт бикарбоната и ионов
гидроксила
в
плазматической
мембране
эритроцитов.
Механизм действия транслоказ:
1. М\у субъединицами транслоказы всегда
имеется открытый гидрофильный канала,
досткпный для в-в только определенного
размера и заряда (d=0,8 нм). Лактат – 0,54 нм,
глюкоза – 0,86 нм.
2. Канал открывается только при связывании с
одной из его сторон специфического лиганда.
3. Перенос в-ва осуществляется путем поворота
транслоказы в плоскости мембраны на 180°. В
результате в-во высвобождается с другой
стороны.
Независимо от механизма, направление и
скорость переноса
в-ва
транслоказой
определяется разностью конц-ций этого в-ва по
обе стороны мембраны. Молекулы лиганда
могут связываться с транслоказой как с одной,
так и с другой стороны и, соответственно,
переноситься в обоих направлениях. Но там, где
конц-ция выше, связывание и перенос будут
происходить чаще.
При изменении градиента конц-ции возможно
изменение направления облегченной диффузии.
24.Экзоцитоз. Разновидности экзоцитоза,
механизм. Биологическое значение.
Каждая клетка потенциально яв-ся или
гормональной,
или
секреторной.
Клетки
секретируют в-ва главным образом путем
экзоцитоза, т. е. путем слипания и слияния с
плазмалеммой везикул (гранул), содержащих
секретируемые
вещества
в
высокой
концентрации. В рез-те везикулы сливаются с
плазмалеммой, а во внеклеточную среду
секретируются вещества. оцитоз содержимого
без выброса самих секреторных гранул можно
представить как обратный эндоцитоз. Клетки
освобождаются от ненужных, токсических,
непереваривающихся
продуктов
либо
высвобождают вещества, необходимые сообществу клеток, различным клеткам-мишеням.
Именно в последнем случае клетки называют
секреторными. Клетки могут секретировать вва путем экзоцитоза, при этом секретируется
только содержимое секреторных гранул. Это
мерокриновый (основной) тип секреции, при
этом клетка теряет небольшую часть своего
общего содержимого. Редкий вариант такого
рода секреции — секреция в-в вместе с гранулами, при этом секретируется сложная гранула с
двойной
мембраной
(н-р,
секреция
карбоангидразы пищеварительными железами
или секреция токсических, непереваривающихся
веществ разными клетками). Опухолевые клетки
способны секретировать во внеклеточную среду
гибнущие
лимфоидные
нуклеосомы.
Гепатоциты путем экзоцитоза секретируют
альбумин, гликопротеины и липопротеины
очень низкой плотности, но каким образом
секретируется желчь, неясно, может быть, через
особые канальцы. Механизмы экзоцитоза в
целом одинаковы. Медиаторы в отличие от
гормонов
секретируются
в
высокоспециализированном
районе
экзоцитоза
и
действуют на клетки-мишени на очень коротком
расстоянии. Некоторые нейромедиаторы могут
выполнять
функции
нейрогормона.
Н-р,
норадреналин,
секретируемый
нервными
окончаниями (варикозами) гипоталамических
адренергических нейронов, которые ничего не
иннервируют, выступает как нейрогормон. В то
же
время
норадреналин,
секретируемый
варикозами
этого
же
нейрона,
обеспечивающими
иннервацию
другого
нейрона, выполняет функцию нейромедиатора.
Экзоцитоз важен в процессе оплодотворения
клеток. Сперматозоиды содержат особые
секреторные гранулы — акросомы. Они
располагаются над ядром в переднем конце
сперматозоида. В ожидании контакта с
оболочками яйца. В момент оплодотворения
акросома
сливается
с
плазмалеммой
сперматозоида,
при
этом
секретируются
пищеварительные ферменты, которые разрушают
оболочки
яйцеклетки,
помогая
сперматозоиду добраться до плазмалеммы
яйцеклетки.
Экзоцитоз
необходим
для
внеклеточного
пищеварения.
Так,
гетеротрофные бактерии и грибы секретируют
пищеварительные ферменты в окружающую
примембранную среду и затем усваивают
продукты распада. Это свойство дрожжей
используется в биотехнологии.
25. Первичный активный транспорт веществ.
Роль
первично-активного
транспорта.
Примеры.
Первичный АТ происходит за счет энергии,
образующейся непосредственно при гидролизе
АТФ или других энергетических фосфатов.
Мех.обеспечения первичного АТ энергией.
Сопряжение переноса вещества с энергодающей
реакцией (гидролиз АТФ). А. Транслоказа
обл.АТФ-азной
активностью:
АТФ+Н2О=АДФ+Рi+Ɛ.
Гидролиз
АТФ
происходит в сист.спец.интегрир-х б-в –
транспортных АТФ-аз. Б) к гидролизу АТФ
приводит более сложная совокупность реакций,
сопряженных с переносом в-ва. В) источником
энергии может быть окисл.-восст-й процесс.
Перенос некоторых неорганических ионов идёт
против градиента концентрации при участии
транспортных АТФ-аз (ионных насосов). Все
ионные
насосы
одновременно
служат
ферментами,
способными
к
аутофосфорилированию
и
аутодефосфорилированию.
АТФ-азы
различаются
по
ионной
специфичности,
количеству переносимых ионов, направлению
транспорта. В результате функционирования
АТФ-азы переносимые
ионы накапливаются с одной стороны
мембраны.
Наиболее
распространены
в
плазматической мембране клеток человека
Nа+,К+-АТФ-аза, Са2+-АТФ-аза и Н+,К+,-АТФ-аза
слизистой оболочки желудка.
Nа+,К+-АТФ-аза. Катализирует АТФ-зависимый
транспорт ионов Na+ и K+ через плазматическую
мембрану.
Nа+,К+-АТФ-аза
состоит
из
субъединиц α и β; α - каталитическая большая
субъединица, a β - малая субъединица
(гликопротеин). Активная форма транслоказы тетрамер (αβ)2. Nа+,К+-АТФ-аза отвечает за
поддержание высокой концентрации К+ в клетке
и низкой концентрации Na+. Т.к. Nа+,К+-АТФ-аза
выкачивает три положительно заряженных иона,
а закачивает два, то на мембране возникает
электрический потенциал с отрицательным
значением на внутренней части клетки по
отношению к её наружной поверхности.
Са2+-АТФ-аза. Са2+-АТФ-аза локализована не
только в плазматической мембране, но и в
мембране ЭР. Фермент состоит из десяти
трансмембранных доменов, пронизывающих
клеточную мембрану. Между вторым и третьим
доменами находятся несколько остатков
аспарагиновой
кислоты,
участвующих
в
связывании кальция. Область между четвёртым
и пятым доменами имеет центр для
присоединения АТФ и аутофосфорилирования
по остатку аспарагиновой кислоты. Са2+-АТФазы плазматических мембран некоторых клеток
регулируются белком кальмодулином. Каждая
из Са2+-АТФ-аз плазматической мембраны и ЭР
представлена несколькими изоформами.
26. Nа,К-АТФаза, Структура, свойства,
функция, механизм действия в составе
биологических мембран.
Градиенты концентрации Na и К. 1.
Регулируют объем клетки и ионный состав в
пределах узких колебаний. 2. Обеспечивают
электрической
возбудимостью
нервы
и
мышечные клетки. 3. Служат движущей силой
для транспорта в клетку сахаров и а/к. 40% АТФ
клетки идет на работу Na,K-насоса.
Строение
Na,K-АТФ-азы:
Гликопротеид.
Содержит 2 субъединицы: α (Мол.масса=112
тыс.Значение варьирует) – каталитическая и β
(45 тыс., гликолизирована). β-субъединица
расположена
на
наружной
поверхности.
Количество субъединиц в мол.-4, т.е насос –
тетрамер (2α и 2β). α-субъединица содержит
участок связывания АТФ-гидролизирующий
центр. α-субъединциа 7 раз пронизывает
мембрану. β-субъед.имеет 1 трансмембранный
участок.
Механизм работы Na,K-АТФ-азы. 1. Е1 –
исходная
конформация.
Его
сторона,
обращенная в цитозоль имеет 3 участка
связывания ионов Na+. Другой участок со
стороны цитозоля связан с Mg2+-АТФ.
Поочередно 3 Na+ связываются с высыкой
аффинностью с опр.участком поверхности
белка. 2. Встраивание Na+ запускает гидролиз
АТФ. Свободный фосфат переносится к
карбоксильной группе остатка аспартата белка –
фосфорилирование
Отщепляется АДФ.
белка
3 Na+
Е1
Р.
переходят
3.
на
др.сторону
Е1
Е2.
Ионы
Na+
высвобождаются на другой стороне во
внеклеточное пространство. 4. Присоединяются
к белку 2 иона К+. На внутренней поверхности
освобождается Pi (дефосфорилирование). 5.
Ионы K+ «запечатываются». Перенос 2К+. 6.
Освобождение ионов K+ во внутриклеточную
среду. Конформационное изменение белка
Е2
Е1.
27. Анионные каналы. Особенности строения,
функции.
Участие
анионного
канала
эритроцитов в транспорте углекислого газа.
Белок полосы 3 - белок цитоскелета эритроцита.
Белок полосы 3 - это транспортный
трансмембранный
политопический
гликопротеид. Mr=100 тыс. Белок носит
название полосы 3, т.к при ЭФ в ПААГе
занимает соответст.положение. БП 3 принимает
участие в переносе кислорода из легких к
тканям и углекислого газа из тканей к легким.
На долю БП 3 приходится около 25% общего
количества мембранных белков эритроцита
человека; сходные белки присутствуют также в
неэритроидных клетках. Этот белок выполняет
несколько функций, причем их можно соотнести
с двумя основными доменами белковой
молекулы. N-концевая часть (41 тыс Да)
является гидрофильной и локализована с
цитоплазматической стороны эритроцитарной
мембраны. Она содержит места связывания для
компонентов цитоскелета (анкирина), а также
для ферментов гликолиза и гемоглобина. Этот
домен можно удалить путем протеолиза, не
затронув С-концевого домена (52 000 Да),
который остается связанным с мембраной и
опосредует Сl - /НСО3- обмен, а также образует
канал в мембране, через который может
проникать
вода.
Внецитоплазматический
компонент этой части белка содержит также
углеводные
антигенные
детерминанты
нескольких систем групп крови. В мембране
белок полосы 3 находится в форме димера или
тетрамера. Для нормальной транспортной
активности белка 3 необходим Са2+-градиент
мембраны,
который.
При
накоплении
свободного
Са2+
в
цитоплазме
анионтранспортная активность БП3 падает.
Пассивный антипорт анионов НСО3- и Сl- через
мембрану эритроцитов. А - когда эритроцит
находится в венозных капиллярах, анион НСО3-,
образованный при диссоциации угольной
кислоты, по градиенту концентрации выходит в
кровь. В обмен на каждый транспортируемый из
клетки ион НСО3- транслоказа переносит в
эритроцит ион Cl-; Б - когда кровь достигает
лёгких транслоказа производит обмен ионами в
противоположных
направлениях.
Такая
"челночная" система работает очень быстро и
обеспечивает удаление СО2 из организма и в то
же время сохранение оптимального значения рН
в клетке.
28. Вторичный активный транспорт веществ.
Роль
вторичного-активного
транспорта.
Примеры.
Перенос некоторых лигандов (ионов, глюкозы,
аминокислот) через мембраны происходит
против градиента концентрации и сопряжён с
затратой
энергии
(активный
транспорт).
Вторичный АТ происходит за счет энергии,
создаваемой при помощи первичного АТ из-за
неодинаковой концентрации ионов по разные
стороны мембраны.
Мех.обеспечения вторичного АТ энергией.
Вторичный АТ. Сопряжение с переносом
вещества Х против химического градиента с
пассивным переносом другого вещества У по
градиенту концентрации.
Перенос некоторых растворимых веществ
против градиента концентрации зависит от
одновременного
или
последовательного
переноса другого вещества по градиенту
концентрации в том же направлении (активный
симпорт) или в противоположном (активный
антипорт). В клетках человека ионом, перенос
которого
происходит
по
градиенту
концентрации, чаще всего служит Na+.
Примером такого типа транспорта может
служить Na+,Са2+-обменник плазматической
мембраны (активный антипорт), ионы натрия по
градиенту концентрации переносятся в клетку, а
ионы Са2+ против градиента концентрации
выходят
из
клетки.
Глюкоза,
а/к-ты
закачиваются в клетку вместе с Na+. Транспорт
а/к и сахаров зависит в конечном итоге от
химической энергии, запасенной в АТР в
процессе
клеточного
метаболизма.
Концентрационный градиент Na+ можно
рассматривать как промежуточную форму
потенциальной энергии, используемой для
перемещения органических мол.против их
концентрационных градиентов.
По механизму активного симпорта происходят
всасывание глюкозы клетками кишечника и
реабсорбция из первичной мочи глюкозы,
аминокислот клетками почек. В антипорте могут
также переноситься ионы Na и Н; HCO3- и Cl-,
оксолат и Cl-, анион и SO4-.
29. Антибиотики как переносчики ионов.
Привести примеры.
Ионофоры - это небольшие гидрофобные
молекулы, которые растворяются в липидных
бислоях и повышают их ионную проницаемость.
Большинство
ионофоров
синтезируется
микроорганизмами;
некоторые
из
них
используются как
антибиотики. Ионофоры
широко
применяются
для
повышения
проницаемости мембран по отношению к
определенным ионам.
Термин
был предложен в 1967 году
Прессманом.
Природные ионофоры часто характеризуются
уникальной
ионной
избирательностью
комплексообразования
и,
следовательно,
транспорта. Например, K/Na избирательность
валиномицина достигает 10 000, нонактин
избирательно связывает и переносит ионы
аммония, а антибиотик А23187 — кальция.
Общие
свойства
ионофоров:
способны
связываться с мембраной независимо от ее
липидного слоя.
Известно несколько групп ионофоров:
переносчики
одновалентных
катионов
(нактины)
- обменные переносчики одновалентных ионов
(нигерацин)
жирорастворимые слабые кислоты
протонофоры
-переносчики двухвалентных катионов: А23187
По транспортной способности:
-ионофоры - подвижные переносчики ионов
(валиномицин, монактин, нигерицин, нонактин)
- каналообразующие ионофоры - антибиотики
Антибиотики - каналообразователи: грамицидин
А, аламецитин, амфотерицин В и др.
Общие
свойства:
амфифильны;
имеют
достаточную
длину
чтобы
пронизывать
мембрану;
Имеют
полярную
группу,
способную
образовывать внутримолек и межмолек связи;
имеют заряженную или сильнополярную группы
расположенные на одном конце молекулы.
Примеры: валиномицин (К+, Rb+), А23178
(Ca2+, H+), нигерицин (K+, P+) и грамицидин
(H+, Na+, K+, Rb+).
Грамицидин А представляет собой линейный
пептид, состоящий из 15 аминокислот; все они
имеют гидрофобные боковые цепи. Две
молекулы грамицидина объединяются в бислое
и формируют
трансмембранный канал ,
позволяющий
моновалентным
катионам
перетекать по их
электрохимическим
градиентам . Подобные димеры нестабильны:
они постоянно образуются и диссоциируют, так
что время, в течение которого канал открыт,
составляет примерно 1 с. При наличии большого
электрохимического градиента грамицидин А
может пропустить около 2х107 катионов в
расчете на один открытый канал за 1 с, что в
1000 раз больше, чем может перенести за то же
время одна молекула подвижного
белкапереносчика.
30. Ионные каналы. Особенности строения,
свойства, функциональное состояние ионных
каналов.
Ионные
каналы
–
это
мембранные
молекулярные
структуры,
образуемые
траснсмембранными белками, пронизывающими
клетки мембраны поперек в виде нескольких
петель и образующими в мембране сквозной
канал. Пути с «воротами», которые могут
находиться в открытом или закрытом состоянии.
Участвуют
в
облегченной
диффузии.
Облег.диффузией
переносятся
сахара,
аминокислоты, нуклеотиды и др.полярные мол.
Каналы обычно участвуют в переносе
определённых ионов.
Свойства ИК. 1. Селективность; 2. Управляемая
проницаемость. Открытие или закрытие каналов
регулируется либо изменением концентрации
специфических
регуляторов,
таких
как
медиаторы, гормоны, циклические нуклеотиды,
NO,
G-белки,
либо
изменением
трансмембранного
электрохимического
потенциала. 3. Инактивация. 4. Блокировка –
способность
фиксировать
свое
какое-то
состояние. 5. Пластичность – ИК могут изменять
свои свойства и характеристики.
Функциональное состояние ИК: 1. открытое.
2. закрытое. 3. активированное. Канал может
выполнять свои функции, т.е. он открывается и
закрывается под действием его регуляторов. 4.
Инактивированное. Канал не может выполнять
свои функции. 5. Блокированное. Канал
перекрыт инактивирующим веществом –
антагонистом, занявшем место управляющего
вещества.
6.
модулированное
(фосфорилированное). Канал изменяет свои
свойства под действием фосфорилирования.
Классификация ИК. 1. По избирательности:
селективные и малоселективные. 2. По
характеру пропускаемых ионов: K+, Na+, Ca2+, Cletc.
3.
По
скорости
инактивации:
быстроинактивируемые и медленно ин-е. 4. По
мех.открывания:
потенциал-зависимые
и
хемозависимые.
Примеры ИК: K+-каналы, Na+-канал и т.д.
31. Приведите рисунок, иллюстрирующий
возможные типы модификаций бислоя,
вызванные белком.
35. Составьте схему, классифицирующую
транспортные процессы.
Транспорт в-в ч\з мембрану
Пассивный
Б\з затраты энергии по
градиенту конц-ции
Простая диффузия
(не обр-ют какихлибо хим-х связей с
др. в-ми)
осмос
ч\з липидный
бислой
ч\з поры в
липидном бислое
Облегченная
диффузия (исп-ся
транспортные
молекулы)
Фильтрация
Передвижение в-ва
под
действием
градиента давления.
с фиксированным
переносчиком
с подвижным
переносчиком
Активный
С затратой энергии против
градиента конц-ции
Первично активный
транспорт
Происходит за счет
энергии, об-щейся
непосредственно
при гидролизе АТФ
или др. энергетич.
фосфатов.
Вторично активный
транспорт
Происходит за счет
энергии, создаваемой
при помощи I-го
акт.транспорта из-за
неодинаковой концции ионов по разные
стороны мембраны.
38.
Нарисуйте
схему
строения
нацетилхолинового рецептора.
Олигомерный белок – кислый гликопротеин
(pI=4,5-4,8). В зависимости от объекта имеет 5
субъединиц: 2 α,β,γ,σ, которые организованы
вокруг общей оси. Mr=285-290 тыс, 20 тыс.из
них – углеводный компонент. Места связывания
ацетилхолина (АХ) располагаются на альфасубъединицах, т.е сущ.2 места связ-я. Остальные
субъединицы образуют катионный канал.
Внутренний диаметр – 2 нм. Длина канала –
140А, 70А – с наружней стороны. Связан с
белком Mr=43 тыс., с пом.к-го он закрепляется в
цитоскелете. Занимает 35% поверхности
мембраны.
ч\з белковые
поры
А – локальные изменения упаковки бислоя.
Б – модификация поверхностного монослоя
периферическим белком, сопровождающаяся
обратимым изменением формы и подвижности
белковой молекулы в мембране.
В – локальное искривление бислоя.
Г – изменение внутреннего давления бислоя,
сопровождающаяся
неравномерным
растяжением и сжатием отдельных частей.
32.
Приведите
схему
классификации
мембранных белков. Какие принципы лежат
в основе такой классификации?
36. Нарисуйте схему, отражающую механизм
действия Na,K-АТФазы.
Механизм работы Na,K-АТФ-азы. 1. Е1 –
исходная
конформация.
Его
сторона,
обращенная в цитозоль имеет 3 участка
связывания ионов Na+. Другой участок со
стороны цитозоля связан с Mg2+-АТФ.
Поочередно 3 Na+ связываются с выс.аффин.с
опр.участком поверхности белка. 2. Встраивание
Na+ запускает гидролиз АТФ. Свободный
фосфат переносится к карбоксильной группе
остатка аспартата белка – фосфорилирование
белка Е1
Последовательные
стадии
фагоцитоза
(образование
псевдоподий
или
«ловчих
парусов»)
42.Приведите
схему
пиноцитоза.
Охарактеризуйте это явление.
Пиноцитоз - захват клеточной поверхностью и
поглощение клеткой жидкости. При пиноцитозе
поглощаемая капля жидкости окружается
плазматич. мембраной, к-рая смыкается над
образовавшимся пузырьком (диам. от 0,07 до 2
мкм), погружённым в клетку.
Пиноцитоз.
Р. 3. Отщепляется АДФ. 3 Na+
переходят на др.сторону Е1
Е2. Ионы Na+
высвобождаются на другой стороне во
внеклеточное пространство. 4. Присоединяются
к белку 2 иона К+. На внутренней поверхности
освобождается Pi (дефосфорилирование). 5.
Ионы K+ «запечатываются». Перенос 2К+. 6.
Освобождение ионов K+ во внутриклеточную
среду. Конформационное изменение белка
Е2
41.Изобразите схему фагоцитоза.
Фагоцитоз.
Е1.
Последовательные фазы пиноцитоза:
1) Инвагинация плазмолеммы:
33. Приведите классификацию ионных
каналов. Какие принципы лежат в основе
классификации ионных каналов?
ИК можно классифицировать различным
образом:
1. По селективности (степени избирательной
проницаемости к определённым ионам). В этом
случае
мы
будем
говорить
о
натриевых, калиевых, хлорных каналах и т.п.
2. По строению (родству их химического
строения и происхождения образующих их
белков). По строению (структуре) и по
происхождению от однотипных генов различные
ИК объединяются в отдельные семейства.
Например, выделяют три семейства лигандактивируемых ИК: 1) семейство с пуриновыми
рецепторами
(АТФ-активируемые),
2)
с
никотиновыми
АХ-рецепторами, ГАМК-,
глицин- и серотонин-рецепторами, 3) с
глутаматными рецепторами. При этом в одно и
то же семейство попадают ИК с разной ионной
селективностью, а также ИК с разными
управляющими лигандами. Но зато образующие
эти каналы белки имеют большое сходство в
строении и происхождении.
3. По способу управления их состоянием. В этом
случае мы будем говорить о потенциалуправляемых каналах, хемо-управляемых и т.д.
4. По связывающимся с ними лигандам (в том
числе веществам-маркёрам) и т.д.
5. по скорости инактивации: быстрои
медленноинактивируемые.
34. Дайте характеристику Na-канала, а также
опишите работу такого канала. От чего
зависит работа Na-канала.
Диаметр=0,55 нм. Имеется только в мембранах,
способных к возбуждению (нервные клетки,
миоциты, сперматозоиды, сенсорные клетки).
Плотность расположения в мембране различна.
Открыты лишь при определенном состоянии
клетки. В покое закрыты. Плотность 50-200
каналов на 1 мкм2. За 1 импульс через канал в
клетку поступает около 500 ионов Na+, что
существенно
меняет
трансмембранный
потенциал. Не пропускает K+.
Строение Na+-канала. Mr=300 тыс. Углеводный
компонент составляет 30%. 4 субъединицы.
Гетеромерный комплектс, построенный из
альфа- и бета-субъединиц. Основные свойства
канала
определяются
альфа-субъединицей,
которая имеет 4 гомологичных фрагмента,
каждый
из
которых
представлен
6
трансмембранными доменами.
Что влияет на работу Na+-каналов? 1. Ионы Ca2+.
Чем выше концентрация Са2+ во внеклеточной
среде, тем труднее открываются Na+-каналы. 2.
Ингибиторы
Na+-каналов:
тетродоксин,
сакситоксин.
Натриевый канал в состоянии покоя закрыт. При
деполяризации М до опр.уровня происходит
активация и усиление поступления ионов натрия
внутрь клетки. Через несколько миллисекунд
происходит инактивация. Работа каналов
определяется
величиной
мембранного
потенциала. Потоки Натрия и калия независимы
друг от друга.
37. Нарисуйте схему, согласно которой
осуществляется транспорт аминокислот в
клетку.
Транспортная система ф-ц-т в кишечнике,
почках и, по-видимому, мозге - γ-глутамильный
цикл.
Ключевую
роль
в
транспорте
аминокислоты
играет
фермент
γглутамилтрансфераза. А/к, связанная с γглутамильным остатком, оказывается внутри
клетки. В следующей реакции происходит
отщепление γ-глутамильного остатка под
действием
фермента
γглутамилциклотрансферазы.
Дипептид
цистеинилглицин расщепляется под действием
пептидазы на 2 аминокислоты - цистеин и
глицин. В результате этих 3 реакций происходит
перенос одной молекулы аминокислоты в
клетку. Следующие 3 реакции обеспечивают
регенерацию глутатиона, благодаря чему цикл
повторяется многократно. Для транспорта в
клетку одной молекулы аминокислоты с
участием γ-глутамильного цикла затрачиваются
3 молекулы АТФ.
γ-Глутамильный цикл. Система состоит из
одного мембранного и пяти цитоплазматических
ферментов. Перенос аминокислоты внутрь
клетки
осуществляется в
комплексе
с
глутамильным
остатком
глутатиона
под
действием
γ-глутамилтрансферазы.
Затем
аминокислота освобождается, а γ-глутамильный
остаток в несколько стадий превращается в
глутатион, который способен присоединять
следующую молекулу аминокислоты. Е1 - γглутамилтрансфераза;
Е2 углутамилциклотрансфераза; Е3 - пептидаза; Е4 оксопролиназа;
Е5 γглутамилцистеинсинтетаза;
Е6 глутатионсинтетаза.
39.Перечислите основные количественные
характеристики мембран.
Количественные характеристики мембраны:
Соотношение белков и липидов в мембранах
обычно близко 1:1(возможны от 4:1 до 1:4)
Липидынизкомолекулярные
вещества:
молекулярная масса мембранных липидовоколо 740 Да; холестерина- 386,6. Белки имеют
молекулярную массу на 2 порядка выше.
Количество липидов в мембране клетки больше
на 2 порядка, чем белков (если D=15 мкм эти
показатели- 2*106 и 2*10 7)
Значительно
различаются
и
площадь
мембранной поверхности, в расчете на
отдельные молекулы (липиды-0,5 нм2, белок20-30 нм2)
Толщина же мембраны во многом определяется
продольными размерами липидных молекул.
Длина углеводородного «головок» липидов) -5,3
нм. За счет белков толщина мембраны
увеличивается до 7 – 10 нм.
В случае плазмолеммы с внешней поверхности
находится еще гликокаликс, толщина которого
может варьировать от 4 до 200 нм, причем не
только в зависимости от вида клетки, но и
разных участках одной и той же клетки.
Гликокаликс – это совокупность различных
белков (часто – гликопротеинов), связанных с
плазмолеммой. Некоторые из данных белков
являются ферментами.
40. Нарисуйте схему, отражающую понятия
антипорт,
унипорт,
симпорт.
Дайте
определения этим понятиям и приведите
примеры.
Унипорт – перенос одного вещества с одной
стороны мембраны на другую. Примером
унипорта может служить функционирование
ГЛЮТ-1 - транслоказы, переносящей глюкозу
через мембрану эритроцита
Симпорт - перенос двух разных вещества по
градиенту концентраций в одном направлении,в
противоположных направлениях – антипорт.
Пример антипорта: анионный переносчик
мембраны эритроцитов – HCO3- и Cl-; 3Na+ и
1Ca2+; Na+ и H+; оксолат и Cl-; α-кетоглутарат и
парааминогипурат; анион – SO4-.
Пример симпорта: глюкоза и Na+; K+ и Cl-; Na+ а/к; Na+ - Pi.
44. Приведите классификацию липосом
Липосомы можно разделить на три основные
группы: в первую входят липосомы, состоящие
из фосфолипидов (например, фосфолипидов сои
или яичного желтка), во вторую – катионные
липосомы,
образованные
молекулами
длинноцепочечных алифатических аминов (С12 –
С22 ), содержащих две или три гидроксильные
группы. К третьей группе относят неионные
липосомы (ниосомы), чаще всего, это продукты
взаимодействия неионных ПАВ (например,
несущих
полиоксиэтиленовые
цепи)
с
холестеролом. В соответствии с размером и
количеством бислоев можно предложить
следующую классификацию липосом: 1.Мелкие
однослойные (моноламеллярные) липосомы (М
ОЛ) относительно однородны по размеру.
Каждая липосома имеет только одну бислойную
мембрану, что делает их очень проницаемыми
для водорастворимых молекул так как толщина
наружной мембраны постоянна (около 4 нм) и
диаметр МОЛ невелик, то их водный объем
значительно уменьшается с уменьшением
размера липосом, что приводит к резкому
снижению захватывающей способности. МОЛ
обычно
готовят
путем
ультразвуковой
обработки водных дисперсий фосфолипидов.
Затем везикулы фракционируют по размеру
методом гель-проникающей хроматографии или
центрифугированием в градиенте глицерина.
Другой способ приготовления таких везикул
состоит в быстром введении в водную фазу
раствора липида в этаноле. 2. Большие
однослойные (моноламеллярные) липосомы
(БОЛ) также имеют одиночную наружную
мембрану, но способны захватывать очень
большое количество водной фазы. Однако их
механическая
непрочность может легко
привести к разрыву мембраны и к потере
содержимого. Кроме того, способность к
удержанию водорастворимых компонентов
низка.
3. Многослойные (мультиламеллярные) липосом
ы (МСЛ), как правило, являются частицами
более чем с пятью слоями. Поскольку
их концентрические
оболочки
медленно
разрушаются,
то
МСЛ
постепенно высвобождают
содержимое.
Значительное количество слоев обеспечивает
более высокую способность к удержанию
водорастворимых молекул по сравнению с
другими
типами
липосом.
Однако
захватываемый объем меньше, чем у БОЛ,
поскольку
количество
фосфолипидов,
требующихся для образования многочисленных
бислоев,
больше.
4.
Олигослойные
липосомы (ОСЛ) – частицы, состоящие из
нескольких десятков и даже сотен слоев, они,
как правило, меньше, чем МСЛ с несколькими
слоями. ОСЛ сочетают большие захватываемый
объем и удерживающую способность, которые
придают
им
особенный
интерес
для
микроинкапсуляции.
2)Пиноцитоз с образованием удлиненного
узкого канала с захваченным материалом.
*стрелками указана промежуточная стадия
образования пиноцитозных каналов, точками –
адсорбционный пиноцитоз.
43. Приведите схему, которая иллюстрирует
понятие монотопические, битопические и
политопические белки.
45. Опишите механизм действия катионных
каналов.
Рассмотрим на примере н-ацетилхолинового
рецептора
1. Катионные каналы в невозбужденном
состоянии мембраны закрыты (с ним связан Ca2+,
около 60 ионов на 1 молекулу). 2. С рецептором
связываются 2 молекулы ацетилхолина. 3. При
этом изменяется конформация белковых
молекул и Ca2+ диссоциирует с субъединицы. 4.
Вследствие этого канал открывается и Na+
поступает внутрь клетки, а К+- наружу по
градиенту
концентрации.
Мембранный
потенциал падает с 75 мВ до 20 мВ.
Механизм прекращения действия медиатора. 1.
Разрушение
свободного
АХ
–
ацетилхолинэстеразой.
Очень
активный
фермент. 2. Десенсибилизация рецептора – при
длительном воздействии медиатора на рецептор,
он теряет к нему чувствительность. Канал
закрывается через 1,5-2 мсек, даже если с их
рецепторами связана молекула АХ.
В-ва,
действующие
на
н-ХР.
1.
нхолиномиметики – возбуждают рецептор. 2. нхолинолитики – блокируют рецептор.
46.Опишите
участие
грамицидина
в
транспорте веществ.
Грамицидин А представляет собой линейный
пептид, состоящий из 15 аминокислот; все они
имеют гидрофобные боковые цепи.
Выделяют
несколько особенностей данной
группы пептидных антибиотиков:
1) Все 15 аминокислот входящие в состав
последовательности грамицидинов
являются гидрофобными;
2) В их последовательности наблюдается
чередование L- и D- конфигураций
аминокислот;
3) С - и N- конец грамицидинов блокированны с
помощью этаноламина и формила
соответственно.
В липидном бислое молекула грамицидина
формирует спираль, гидрофобную снаружи и
выстланную полярными группами внутри.
Канал, образуемый грамицидином А —
гидрофобным пептидом из чередующихся L- и
D-аминокислот,
—
охарактеризован
к
настоящему времени наиболее полно. Канал
образован двумя молекулами грамицидина А,
расположенными голова к голове в спнральной
конфигурации. В результате чередования L- и Dаминокислот образуется спираль, в которой все
боковые цепи располагаются снаружи, а
карбонильные группы остова — внутри канала.
Подобные димеры нестабильны: они постоянно
образуются и диссоциируют, так что время, в
течение которого канал открыт, составляет
примерно 1 с. При наличии большого
электрохимического градиента грамицидин А
может пропустить около 2х107 катионов в
расчете на один открытый канал за 1 с, что в
1000 раз больше, чем может перенести за то же
время одна молекула подвижного
белкапереносчика.
По этому каналу осуществляется транспорт
ионов Ка+,Н+, Na+.
48.Опишите
участие
валиномицина
в
транспорте веществ через мембрану.
Валиномицин
относится
к
подвижным
переносчикам
ионов.
Валиномицин
представляет собой полимер, повышающий
проницаемость мембраны для ионов калия. Он
имеет кольцеобразную структуру. Наружная
гидрофобная часть его молекулы состоит из
боковых цепей валина и контактирует с
углеводородной сердцевиной
липидного
бислоя. Во внутренней полярной области как раз
может поместиться один ион калия. Активно
связывает К, сродство к Na в 1000 раз
меньше.Валиномицин переносит ионы калия по
его
электрохимическому градиенту; он
захватывает этот ион с одной стороны
мембраны, диффундирует с ним через бислой и
высвобождает на его на другой стороне. Такой
перенос совершается в обоих направлениях,
поэтому суммарный эффект будет иметь место
только в том случае, если при движении
переносчика в каком-то одном направлении с
ним будет связываться больше ионов калия, чем
при
движении
в
другом.
Может
транспортировать также рубидий.
50. Перечислите особенности локализации
белков в мембране.
Мембранные
белки,
контактирующие
с
гидрофобной частью липидного бислоя, должны
быть амфифильными. Те участки белка, кот-е
взаимодействуют с углеводородными цепями
жирных кислот, содержат преимущественно
неполярные а\ты. Участки белка, находящиеся в
области полярных "головок", обогащены
гидрофильными а\ными остатками.
Белки мембран различаются по своему
положению в мембране. Они могут глубоко
проникать в липидный бислой или даже
пронизывать его - интегральные белки, либо
разными способами прикрепляться к мембране поверхностные белки.
Поверхностные белки часто прикрепляются к
мембране, взаимодействуя с интегральными
Локализация
белков
в
мембранах.
Трансмембранные белки, н-р: 1 - гпикофорин А;
2 - рецептор адреналина. Поверхностные белки:
3 - белки, связанные с интегральными белками,
н-р, фермент сукцинатдегидрогеназа; 4 - белки,
присоединённые к полярным "головкам"
липидного слоя, н-р, протеинкиназа С; 5 - белки,
"заякоренные" в мембране с помощью короткого
гидрофобного концевого домена, н-р, цитохром
b5; 6 - "заякоренные" белки, ковалентно
соединённые с липидом мембраны (н-р, фермент
щелочная фосфатаза).
49. Перечислите функции мембранных
белков. Приведите примеры на каждую
функцию.
Ф-ции мембранных белков:
1. Транспорт в-в ч\з мембрану. К
транспортным
белкам
относятся
как
интегральные
стр-ры,
обеспечивающие
активный транспорт ионов – ионные насосы (Na,
K-АТФаза,
CaАТФаза),
так
и
низкомолекулярные
переносчики
(Na\Caобменник
и
АТФ\АДФ-транслоказы),
способствующие
специфическому
обмену
указанных соединений ч\з мембранные стр-ры.
2. Каталитическая. Осуществляется с помощью
ферментов. Число мембранных ферментов в
клетке
достаточно
велико,
однако
их
распределение в различных типах мембранных
белков неодинаково. Некоторые ферменты
присутствуют
только
в
мембранах
определенного типа (н-р, Na, К-АТФ-аза, 5нуклеотидаза,
аденилатциклаза
—
в
плазматической мембране; цитохром Р-450,
НАДФН-дегидрогеназа, цитохром в5 — в
мембранах эндоплазматического ретикулума;
моноаминоксидаза — в наружной мембране
митохондрий, а цитохром С-оксидаза, сукцинатдегидрогеназа — во внутренней; кислая
фосфатаза — в мембране лизосом).
3. Рецепторная. Служат рецептором и передают
сигналы ч\з клеточную мембрану (для передачи
одного сигнала ч\з мембрану могут вз-вать
несколько белков). Н-р G-белки – это семейство
гуанин-нуклеотидсвязывающих
белков,
передающих сигнал с мембранных рецепторов
на определенные эффекторные молекулы в
клетке.
4. Механическая адгезия. Специфичность
клеточной адгезии определяется наличием на
поверхности
клеток
белков
клеточной
адгезии — интегринов, кадгеринов и др.
5. Узнавание. Важной ф-цией мембранных
белков яв-ся их участие в специфическом
узнавании опред-х биологически акт-х молекул.
Узнавание
обеспечивается
благодаря
специфической стр-ре центра связывания на
молекуле белка-рецептора. Рез-том связывания
лиганда с соотв-щим рецептором на мембране
яв-ся транспорт этого лиганда ч\з мембрану или
открывание канальных стр-р, кот-е оказываются
связанными с рецепторными стр-ми. Примером
яв-ся
фермент
плазматических
мембран
аденилатциклаза, катализирующий обр-ние 3´,
5´-цАМФ
в
рез-те
активации
βадренорецепторами после
их вз-вия с
адреналином или адреномиметиками.
6.
Соединение
с
цитоскелетом
или
внутриклеточным матриксом. С внутренней
стороны к плазматической мембране примыкают
структуры,
не
относящиеся
собственно
мембране, но составляющие скелет клетки.
Цитоскелет включает элементы 2-х типов:
микрофиламенты
и
микротрубочки.
Микрофиламенты состоят из актиноподобного
белка. Микротрубочки образованы молекулами
тубулина.
51. Охарактеризуйте особенности строения
гликофорина.
К интегральным белкам в мембране эритроцита
относится гликофорин («переносчик
сахара»).
Его молекулярная масса составляет 30000;
гликофорин содержит 130 аминокислотных
остатков и множество остатков сахаров, на долю
которых приходится около 60% всей молекулы.
На одном из концов полипептидной цепи
располагается гидрофильная голова сложного
строения, включающая в себя до 15
олигосахаридных цепей, каждая из которых
состоит приблизительно из 10 остатков сахаров.
На другом конце полипептидной цепи
гликофорина находится большое число остатков
глутаминовой и аспарагиновой кислот, которые
при рН 7,0 несут отрицательный заряд. В
середине
молекулы,
между
двумя
гидрофильными концами, располагается участок
полипептидной цепи, содержащий около 30
гидрофобных
аминокислотных
остатков.
Богатый сахарами конец молекулы гликофорина
локализуется
на
внешней
поверхности
мембраны эритроцита, выступая из нее в виде
кустика. Считают, что расположенный в
середине молекулы гликофорина гидрофобный
участок проходит сквозь липидный бислой, а
полярный конец с отрицательно заряженными
остатками аминокислот погружен в цитозоль.
Богатая сахарами голова гликофорина содержит
антигенные
детерминанты,
определяющие
группу крови (А, В или О). Гликофорин А—
главный
гликопротеиновый
компонент
мембраны эритроцитов. Гликофорин А с
молекулярной массой 29000 состоит из одной
полипептидной цепи, построенной из 131 аминокислотного остатка. При изучении его
первичной структуры были найдены две замены
в положениях 1 и 5 цепи, которые имеют важное
биологическое значение.
Для проявления
антигенных свойств имеют существенное
значение О-гликаны, которые присоединены к
аминокислотным остаткам. Другой важной областью цепи гликофорипа А является участок
между остатками 73 и 95, где расположены
аминокислоты
с
нейтральными
или
неполярными боковыми цепями. Этот домен
вдается в липофильный бислой мембраны,
причем одна часть полипептидной цепи
располагается по одну сторону мембраны, а
другая — по другую ее сторону. Аминоконцевая
часть цепи, локализованная снаружи, очень
богата улеводными цепями двух основных
типов. Здесь расположены 15 О-гликанов,
которые представляют собой ди-, три- или
тетрасахариды, связанные через остаток Nацетилгалактозамина с серином или треонином.
К одному или обоим этим остаткам может присоединяться по остатку сиаловой кислоты.
Сложные углеводные цепи присоединены к
единственному остатку аспарагина пептидной
цепи гликофорина. Они имеют ряд общих черт с
N-гликанами растворимых гликопротеинов.
Первичная структура минорных гликофоринов В
и С сходна с таковой гликофорина А, хотя их
цепи короче. Сложные олигосахаридные цепи у
них отсутствуют, что указывает на делецию
участка пептидной цепи с Asn-26.
52.Приведите примеры стабилизирующих и
дестабилизирующих липидов. Объясните
принцип такого разделения липидов
Липиды делятся на стабилизирующие и
дестабилизирующие.
Фософолипиды
и
сфинголипиды- дестабилизирующие, из- за
наличия полиненасыщенных жирных кислот.
Разупорядочивают бислой, вследствие чего
возрастает её лабильность: а)Повышается
латеральная диффузия компонентов мембраны;
б)Увеличивается
диффузия
веществ
из
мембраны; в)Повышается способность к
разрыву. Гликолипиды и холестерин относятся
к
«стабилизирующим»
липидам.
Фосфофолипиды и сфинголипиды включают
непредельные
углеводородные
«хвосты».
Причем среди них встречаются остатки не
только
олеиновой
кислоты,
но
и
полиненасыщенных кислот – линолевой,
арахидоновой
и
других.
В
каждом
месте нахождения
двойной
связи углеводородная цепь имеет изгиб. А
изгибы затрудняют взаимодействие соседних
цепей, что делает структуру бислоя менее
упорядоченной.
1.Повышается латеральная
диффузия
компонентов
мембраны;
2.Увеличивается диффузия соответствующих
веществ через мембрану; 3.Повышается также
способность мембран к разрыву. Гликолипиды и
холестерин
оказывают
на
лабильность
мембраны два противоположных действия. С
одной стороны, они вносят дезорганизацию
в расположение углеводородных «хвостов»: ХС
– за счет внедрения между последними, а ГЛ –
из-за более длинных, чем обычно, остатков
нервоновой и цереброновой кислот. Это
несколько дестабилизирует мембраны. Но,
с другой стороны, те же факторы препятствуют
активному перемещению липидов.
А это,
напротив, оказывает стабилизирующее действие,
которое в итоге и перевешивает. По данной
причине ХС
и ГЛ
отнесены
к разряду «стабилизирующих»
мембранных
липидов.
Поскольку
во
внутренних
мембранах клеток этих липидов (ХС и ГЛ)
очень мало, можно сделать вывод: данные
мембраны существенно более лабильны, чем
внешние. Т.е. они более текучи, более
проницаемы и более склонны к разрыву. Все
эти свойства могут меняться со временем
и для одной и той же
мембраны.
Причиной
этому обычно служит изменение ее липидного
состава. Например, мембраны сперматозоида:
плазмолемма
и мембрана
акросомы.
В них высоко
содержание
ФЛ
с большим количеством
двойных связей
в «хвостах». Это, как мы знаем, само по себе
значительно лабилизирует мембраны. Но,
кроме того,
в женских половых
путях секретируется белок, нагруженный ФЛ.
Эти ФЛ с данного белка переходят
в состав
мембран сперматозоидов
в обмен на
ХС.
Таким образом,
соотношение
между «дестабилизирующими»
и «стабилизирующими» липидами еще больше
сдвигается в
пользу первых.
Поэтому
лабильность мембран сперматозоидов,
уже и так высокая, достигает
критического
предела. Плазмолемма головки и мембрана
акросомы
легко разрываются при контакте
с оболочками яйцеклетки.
53. Нарисуйте, как выглядит мицелла
обращенного типа. Охарактеризуйте данный
тип мицелл.
ЭМУЛЬСИЯ «ВОДА В
МАСЛЕ»
ПОЛЯРНАЯ ЧАСТЬ
H2O
НЕПОЛЯРНАЯ ЧАСТЬ
Мицелла, обратная иначе обращенная мицелла
(англ. inverse micelle или reverse micelle) —
мицелла,
образованная
молекулами поверхностно-активных веществ в
органическом (неполярном) растворителе, в
котором гидрофильные группы формируют
ядро, а гидрофобные — внешнюю оболочку.
Мицеллы представляют собой простейшие
агрегаты, образуемые липидными молекулами в
объемной фазе растворителя. В зависимости от
природы растворителя липиды могут давать
либо мицеллы обычного типа, либо так
называемые "обращенные" мицеллы. Если
дисперсионной средой является органическая
жидкость, ориентация молекул в мицелле может
быть обратной: ядро содержит полярные
группы, а гидрофобные радикалы обращены во
внешнюю фазу (обратная мицелла).
При большом содержании воды обращенные
мицеллы можно рассматривать как капельки
микроэмульсии типа "масло в воде". Размер
частиц микроэмульсий варьирует в широких
пределах, от 5 до 100 нм и больше.
54. Нарисуйте, как выглядит мицелла
классического
типа.
Охарактеризуйте
данный тип мицелл.
ЭМУЛЬСИЯ «МАСЛО В ВОДЕ»
Oil
Мицеллы – это ассоциаты «амфифильных
молекул», поверхностно-активных веществ
(ПАВ), обладающих полярной гидрофильной
«головой» и неполярным углеводородным
«хвостом». Если такое вещество растворить в
любой жидкости, молекулы ПАВ будут
собираться на ее поверхности, до тех пор, пока
их концентрация не достигнет некоторого
предельного значения, называемого критической
концентрацией мицеллообразования (ККМ).
Причем, молекулы ПАВ будут обращаться к
жидкой фазе тем концом, который ближе по
химической природе к молекулам растворителя.
Выше
же
критической
концентрации
мицеллообразования
молекулы
начнут
«съеживаться», образуя замкнутые ассоциаты,
гидрофильная или гидрофобная часть которых
полностью замкнута в объеме мицеллы. Если мы
растворяем ПАВ в полярной среде (например, в
воде), то наружу будут обращены полярные
части молекул, а мицеллы будут называться
«прямыми».
56. Перечислите свойства простой диффузии.
Какие вещества транспортируются путем
простой диффузии?
Простая диффузия – это перенос небольших
нейтральных
молекул
по
градиенту
концентрации
без
затрат
энергии
и
переносчиков.
Св-ва простой диффузии:
1. диффузия происходит по электрохимическому
градиенту, т. е. из области с более высокой
концентрацией в область с более низкой;
2. скорость диффузии линейно зависит от
градиента конц-ции в-ва;
3. на диффузию не расходуется энергия;
4. осуществляется неизбирательно и отличается
низкой скоростью;
5. гидрофильные в-ва передвигаются с меньшей
скоростью, чем гидрофобные;
6. происходит без участия мембранного белка;
7. наиболее легко и характерна для в-в
растворимых в воде.
Путем простой диффузии через мембрану
проникают газы, неполярные молекулы. Н-р
кислород из легких транспортируется в кровь и
из крови в ткани; всасывание продуктов
пищеварения из кишечника; поглощение
элементов минерального питания клетками
корневых волосков.
57.
Перечислите,
каковы
возможные
механизмы действия транслоказ?
Транслоказы – это специальные белкипереносчики,
кот-е
соединяясь
с
транспортируемыми молекулами, протаскивают
их через мембраны, сами в них не растворяясь.
Механизм действия транслоказ:
1. М\у субъединицами транслоказы всегда
имеется открытый гидрофильный канала,
досткпный для в-в только определенного
размера и заряда (d=0,8 нм). Лактат – 0,54 нм,
глюкоза – 0,86 нм.
2. Канал открывается только при связывании с
одной из его сторон специфического лиганда.
3. Перенос в-ва осуществляется путем поворота
транслоказы в плоскости мембраны на 180°. В
результате в-во высвобождается с другой
стороны.
Независимо от механизма, направление и
скорость переноса
в-ва
транслоказой
определяется разностью конц-ций этого в-ва по
обе стороны мембраны. Молекулы лиганда
могут связываться с транслоказой как с одной,
так и с другой стороны и, соответственно,
переноситься в обоих направлениях. Но там, где
конц-ция выше, связывание и перенос будут
происходить чаще.
При изменении градиента конц-ции возможно
изменение направления облегченной диффузии.
58.
Приведите
классификацию
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.
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. Плотный замыкающий контакт —
соприкасаются билипидные слои мембран
соседних клеток. В области зоны плотных
контактов между клетками не проходят
практически никакие вещества. Заякоривающие
или сцепляющие соединения или контакты так
называются из-за того, что они соединяют не
только плазматические мембраны соседних
клеток, но и связываются с фибриллярными
элементами цитоскелета. К заякоревающим
соединениям
относятся
межклеточные
сцепляющие точечные контакты, сцепляющие
ленты, фокальные контакты или бляшки
сцепления - все эти контакты связываются
внутри
клеток
с
актиновыми
микрофиламентами.
Другая
группа
заякоревающих межклеточных соединений десмосомы и полудесмосомы - связываются с
другими элементами цитоскелета, а именно с
промежуточными филаментами. Межклеточные
точечные сцепляющие соединения обнаружены
у многих неэпителиальных тканей, но более
отчетливо описана структура
специальных (адгезивных) лент в однослойных
эпителиях. Это структура опоясывает весь
периметр эпителиальной клетки, подобно тому
как это происходит в случае плотного
соединения. Чаще всего такой поясок или лента
лежит ниже плотного соединения. В этом месте
плазматические мембраны не сближены, а даже
несколько раздвинуты на расстояние 25-30 нм, и
между ними видна зона повышенной плотности.
Это ничто иное как места взаимодействия
трансмембранных гликопротеидов, которые
специфически сцепляются друг с другом и
обеспечивают.
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).
Синапсы - участки контактов двух клеток,
специализированных
для
односторонней
передачи возбуждения или торможения от
одного элемента к другому
59. Охарактеризуйте строение десмосом.
Перечислите
основные
типы
белков,
входящие в состав десмосом.
Десмосомы, структуры в виде бляшек или
кнопок также соединяют клетки друг с другом.
Десмосомные контакты или пятна сцепления
представляют
собой
небольшие
участки
взаимодействия между клетками, диаметром
около 0,5 мкм. Каждый такой участок
(десмосома) имеет трехслойное строение и
состоит из двух десмосомэлектронноплотных
участков, расположенных в цитоплазме в местах
контакта
клеток,
и
скопления
электронноплотного
материала
в
межмембранном пространстве (15-20 нм).
Количество десмосом на одной клетке может
достигать 2000. Функциональная роль десмосом
обеспечение
механической
связи
между
клетками. Десмосома состоит из белков
клеточной адгезии из семейства кадгеринов и
соединительных (адапторных) белков, которые
соединяют их с промежуточными филаментами.
Белки клеточной адгезии, формирующие
десмосомы — десмоглеин идесмоколлин. Как и
другие кадгерины, эти трансмембранные белки
имеют по пять внеклеточных доменов и
являются
кальций
связывающими.
Они
обеспечивают
гомофильное
соединение
клеток — между собой соединяются две
одинаковые по строению молекулы белка.
Внутриклеточный
белок десмоплакин (при
участии еще двух белков, плакофиллина и
плакоглобина)
соединяет
внутриклеточные
домены десмоглеина с промежуточными
филаментами. Тип промежуточных филаментов
зависит от типа клеток: в большинстве
эпителиальных клеток они кератиновые, а в
клетках
сердечной
мышцы — десминовые,
и т. п.
60. Охарактеризуйте строение нексуса.
Щелевое соединение или нексус — это область
(0,5–3 мкм), где формируются каналы из одной
клетки в другую, происходит передача малых
молекул и ионов из клетки в клетку. В зоне
контакта мембраны сближены на расстояние 2–3
нм, интегральные белки 2-х плазмолемм
формируют комплексы — коннексоны в виде
тубул. Каждый коннексон образован 6 (реже 4
или 5) субъединицами белка коннексина и имеет
в центре канал диаметром 1,5–2,0 нм.
Коннексоны соседних клеток соединены,
поэтому диффузия веществ между двумя
клетками идет без выхода в межклеточное
пространство. В зонах щелевого контакта может
быть от 10-20 до нескольких тысяч коннексонов
в зависимости от функциональных особенностей
клеток. 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.
Функциональная роль щелевого соединения —
перенос ионов и мелких молекул. Нексусы
кардиомиоцитов и гладких миоцитов позволяют
передавать возбуждение с одной клетки на
другую.