Файл: Тема 1 клетка Вопрос Химический состав, организация плазмолеммы. Функции плазмолеммы.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.03.2024
Просмотров: 377
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Тема 1: «КЛЕТКА»
Вопрос 1. Химический состав, организация плазмолеммы. Функции плазмолеммы.
Плазматическая мембрана – жидкая динамическая система с мозаичным расположением белков и липидов. Плазмолемма состоит на 45% из липидов, которые формируют бислой мембраны клетки; на 50% из белков, и на 2 – 10% из углеводов. Основа мембраны – билипидный слой, образованный фосфолипидами, сфинголипидов, холестерина. Молекула фосфолипида состоит из полярной гидрофильной головки, которая обращена кнаружи, и аполярного гидрофобного хвоста, обращенного вовнутрь (по отношению к плазмолемме). Гидрофобный характер сердцевины бислоя определяет возможность или невозможность непосредственного проникновения через мембрану различных веществ: неполярные вещества свободно проникают через мембрану, а полярные вещества могут проникать через мембрану только с помощью вторичных посредников. Сфинголипиды – липиды, содержащие основание с длинной цепью и находящиеся в большом количестве в миелиновых оболочках нервных волокон, плазмолемме шванновских клеток.
Из белков различают интегральные (прочно встроенные в билипидный слой на всем его протяжении), полуинтегральные и периферические (находящиеся на одной из поверхностей клеточных мембран). Примерами интегральных мембранных белков являются белки ионных каналов и рецепторные белки, а периферических – рецепторные и адгезионные (на наружной поверхности), белки цитоскелета, белки системы вторых посредников (на внутренней поверхности). Для интегральных белков характерно латеральная подвижность – они могут перераспределяться в мембранах в результате взаимодействия с периферическими белками, элементами цитоскелета, молекулами мембраны соседних клеток и компонентами внеклеточного матрикса.
Углеводы мембраны входят в состав гликопротеинов и гликолипидов, а цепи олигосахаридов на наружной поверхности мембран формируют гликокаликс (поверхностную оболочку, участвующую в процессах межклеточного узнавания, межклеточного взаимодействия и пристеночного пищевария).
Функции: 1) трансмембранный транспорт веществ; 2) эндоцитоз - поглощение клеткой воды, веществ, частиц, микроорганизмов; 3) экзоцитоз - секреция, внутриклеточные секреторные везикулы сливаются с плазмолеммой, а их содержимое выходит из клетки. 4) межклеточные информационные взаимодействия.
Вопрос 2. Избирательная проницаемость плазмолеммы: пассивный транспорт, облегчённая диффузия, активный транспорт, сочетанный или обменный транспорт ионов, белки-переносчики и ионные каналы.
Пассивный транспорт — перенос веществ по градиенту концентрации из области высокой концентрации в область низкой без затрат энергии (например, диффузия, осмос). Характеризуется низкой специфичностью. Диффузия — пассивное перемещение вещества из участка большей концентрации к участку меньшей концентрации (диффузия газов при дыхании). Осмос — поток воды через полупроницаемую мембрану из компартмента с меньшей концентрацией растворенных в воде веществ в компартмент с большей их концентрацией (гипер-, изо- и гипотонические растворы).
Облегченная диффузия осуществляется с участием компонентов мембраны (ионные каналы, белки-переносчики, анионообменники), по градиенту концентрации и без затрат энергии.
Активный транспорт - перенос молекул через биологическую мембрану при участии АТФаз из области низкой концентрации в область высокой концентрации (против градиента), что требует расхода энергии. Активный транспорт веществ происходит только в области клеточных мембран и носит однонаправленнный характер.
Активный транспорт обладает следующими особенностями: для него необходима энергия. В простейшем случае активный транспорт осуществляется гипотетическими переносчиками, располагающимися на поверхности клеточной мембраны. На внутренней стороне мембраны переносчик освобождает транспортируемое вещество и диффундирует обратно к наружной стороне мембраны.
Натрий, калиевая АТФаза выкачивает натрий из клетки в обмен на калий, протонная, калиевая АТФаза участвует в образовании соляной кислоты, кальциевая АТФаза откачивает ионы кальция из цитозоля против градиента во внутриклеточное депо кальция.
К сочетанному или обменному транспорту ионов относят следующие виды транспорта: симпорт, антипорт.
Симпорт – сочетанный обменный транспорт двух или более веществ в одном направлении через один канал.
Антипорт – согласованный перенос двух или более веществ через один канал в противоположных направлениях.
Белки-переносчики специальный молекулы белковой природы связывающиеся с лигандом и обеспечивающие его транспорт к рецептору, связывание с рецептором и проникновение в цитоплазму клетки.
Ионные каналы - большая группа интегральных белков, обеспечивающих избирательный транспорт ионов через фосфолипидный бислой мембраны ИЗ КЛЕТКИ В МЕЖКЛЕТОЧНОЕ ПРОСТРАНСТВО И ОБРАТНО! Образованы несколькими связанными между собой белковыми субъединицами.
Вопрос 3. Межклеточные взаимодействия. Сигналы и рецепторы. Мембранные и ядерные рецепторы: строение, функции. Вторые посредники.
Межклеточные взаимодействия – совокупность процессов, проявляющихся в виде физических, химических, механических раздражителей внешней среды и сигналов информационного характера из внутренней среды организма, действующих на клетку, а также воздействия соседних клеток, и приводящих к ответу клетки на эти сигналы. Информационные межклеточные взаимодействия осуществляются по следующей схеме:
-
От клетки к клетке поступает сигнал. Передачу сигналов осуществляют сигнальные молекулы, или первый посредник, вырабатываемые в одних клетках и специфически воздействующие на клетки мишени. Специфичность воздействия определяют присутствующие в клетках-мишенях рецепторы, связывающие только собственные лиганды. Гидрофильные молекулы связываются с мембранными рецепторами, а жирорастворимые – с ядерными, проникая через плазмолемму. -
Рецепторы регистрируют поступающий к клетке сигнал и передают его вторым посредникам. Различают мембранные и ядерные рецепторы. Мембранные рецепторы – гликопротеины, контролирующие проницаемость мембраны путем изменения конформации белков ионных каналов (никотиновый холинорецептор), регулирующие поступление молекул в клетку, связывающие молекулы внеклеточного матрикса с элементами цитоскелета и регистрирующие присутствие информационных сигналов. Мембранные рецепторы регистрируют поступающий к клетке сигнал и передают его внутриклеточным химическим соединениям, опосредующим конечный эффект (вторые посредники). Функционально мембранные рецепторы подразделяют на каталитические, связанные с ионными каналами и оперирующие через G–белок.
Ядерные рецепторы – активируемые лигандом факторы транскрипции. Каждый рецептор имеет область связывания лиганда и участок, взаимодействующий со специфическими последовательностями ДНК.
Клетка, воспринимая различные сигналы, реагирует на изменения окружающей ее среды изменением функционирования. Лиганды – это сигнальные молекулы из внутренней среды организма (например, гормоны), которые связываются с рецептором – высокомолеклярным веществом, встроенным в плазмолемму. Клетка узнает лиганд и изменяет режим своего функционирования. Это и есть информационные взаимодействия.
Клеточные рецепторы – молекула на поверхности клетки, клеточных органелл или растворенная в цитоплазме, специфично реагирующая изменением своей конфигурации на присоединение к ней молекулы, передающей сигнал извне. Их можно разделить на два основных класса:
• мембранные рецепторы - трансмембранные белки, основная функция: распознавание внешних сигналов, благодаря которым клетки, например, могут взаимодействовать между собой, ориентируясь в пространстве и создавая ткани.
• Внутриклеточные, или ядерные рецепторы - факторы транскрипции или белки, взаимодействующие с факторами транскрипции, транспортируются совместно с лигандами в ядро клетки и участвуют в экспрессии гена – подавляют либо индуцируют.
Внутриклеточные сигнальные молекулы (вторые посредники) передают информацию с мембранных рецепторов на эффекторы (исполнительные молекулы), опосредующие ответ клетки на сигнал. Стимулы, такие, как свет, молекулы различных веществ, гормоны и другие химические сигналы (лиганды), инициируют ответ клетки-мишени, изменяя в ней уровень внутриклеточных (вторых) посредников. Вторые посредники представлены многочисленным классом соединений. К ним относятся циклические нуклеотиды (цАМФ и цГМФ), инозитолтрифосфат, диацилглицерол, Са2+.
Вопрос 4. Эндоцитоз (пиноцитоз, фагоцитоз и опосредуемый рецепторами эндоцитоз).
Эндоцитоз – это поглощение клеткой воды, веществ, частиц и микроорганизмов.
Пиноцитоз – процесс поглощения жидкости и растворенных веществ с образованием небольших пузырьков. При этом некоторая область клеточной мембраны впячивается, образует ямку и далее пузырек, содержащий медклеточную жидкость.
Фагоцитоз - процесс, при котором специально предназначенные для этого клетки крови и тканей организма захватывают и переваривают твёрдые частицы. Фагоцитоз, в отличие от пиноцитоза, индуцирует сигналы, воздействующие на рецепторы в плазмолемме фагоцитов.
Опосредованный рецепторами эндоцитоз с образованием окаймленных кларитином пузырьков - эндоцитоз, при котором мембранные рецепторы связываются с молекулами поглощаемого вещества, или молекулами, находящимися на поверхности фагоцитируемого объекта — лигандами. То есть лиганд взаимодействует с мембранным рецептором, данный комплекс концентрируется на поверхности окаймленной ямки и формируется окаймленный кларитином пузырек, который погружается в клетку.
Последовательность событий опосредованного рецепторами эндоцитоза такова: взаимодействие лиганда с мембранным рецептором концентрирование комплекса «лиганд–рецептор» на поверхности окаймлённой ямки формирование окаймлённого клатрином пузырька погружение в клетку окаймлённого пузырька. Обладающий ГТФазной активностью хемомеханический белок динамин на стыке плазмолеммы и окаймлённого пузырька формирует т.н. молекулярную пружину, которая при расщеплении ГТФ распрямляется и отталкивает пузырёк от плазмолеммы (рис. 2-9Б). Подобным образом клетка поглощает трансферрин, холестерин вместе с ЛНП и многие другие молекулы.
Вопрос 5. Кавеолы и клатрин-независимый эндоцитоз.
Кларитин-независимый эндоцитоз с участием кавеол. Кавеола — небольшая вогнутость плазматической мембраны клеток позвоночных.
Путём клатрин-независимого эндоцитоза происходит поглощение (интернализация) многих объектов и молекул, например, белков, связанных с гликозилфосфатидилинозитолом, рецептора TGFb, b‑цепи рецептора интерлейкина-2, g c-рецептора цитокинов, токсинов, вирусов и др. Эндоцитоз происходит с участием рафтов — мембранных липидных микродоменов, богатых холестерином и гликосфинголипидами и содержащих резидентный белок флотилин.
Один из путей клатрин-независимого эндоцитоза — поглощение молекул с помощью небольших инвагинаций плазмолеммы диаметром 50–80 нм — кавеол. Кавеолы характерны для большинства клеточных типов; особенно многочисленны в эндотелиальных клетках, где они участвуют в транспорте крупных макромолекул. Кавеолы содержат рафты и имеют оболочку, образованную белком кавеолином-1. Кавеолин-1 (VIP21, Vesicular Integral-membrane Protein) связывает ассоциированные с кавеолой сигнальные белки, такие, как Src и гетеротримерный ГТФ-связывающий белок Gi, в их неактивной форме. Кавеолы содержат белок gp60, который соединён с Gi и способен активировать формирование мембранного пузырька и его направленную миграцию в клетке. В эндоцитозе с участием кавеол задействованы ассоциированный с мембраной белковый комплекс, содержащий интерсектин, динамин, SNAP-23, SNARE, кавеолин-1, Rab5, а также липиды, организованные в цитозольные надмолекулярные белково-липидные комплексы. Интерсектин ассоциирован преимущественно с перешейком кавеолы и остаётся соединённым с кавеолой после её отрыва от плазмолеммы. Интерсектин способствует кластеризации динамина (в нативном состоянии — димеров и тетрамеров). Интерсектин «собирает» динамин вблизи плазмолеммы, способствуя его взаимодействию с мембранными липидами и создавая высокую локальную концентрацию динамина, необходимую для формирования «воротника» вокруг перешейка кавеолы (рис. 2-11). При пониженном содержании интерсектина нарушается отделение кавеолы от плазмолеммы.
Вопрос 6. Экзоцитоз: конститутивная и регулируемая секреция.
Экзоцитоз (секреция) — процесс, когда внутриклеточные секреторные пузырьки (например, синаптические) и секреторные гранулы сливаются с плазмолеммой, а их содержимое освобождается из клетки.