Подмембранный слой опорно-сократительных структур

Это третий компонент клеточной оболочки. В его состав входят сократительные структуры — актиновые филаменты и опорный аппарат — кератиновые филаменты, микротрубочки . Подмембранный слой тесно связан с одной стороны с цитоскелетом клетки, с другой — с рецепторами гликокаликса.

Функции подмембранного слоя: поддержание формы клетки, создание ее упругости, участие в эндо-, и экзоцитозе. фагоцитозе, движении, секреции.

Понятие о циторецепторах

Для завершения описания структуры биомембран следует остановится на характеристике циторецепторов.

Слаженная работа организма обеспечивается постоянным обменом различной информацией между клетками. Для передачи информации в эукариотической клетке имеются специальные молекулы, обеспечивающие передачу информации из клетки в клетку. Эти молекулы называется межклеточными сигнальными веществами. К ним относятся гормоны, нейромедиаторы и гистогормоны. Для восприятия определенных сигнальных веществ каждая клетка активирует набор рецепторов.

Рецепторы представляют собой белковые молекулы на поверхности мембран, цитоплазме и ядре, которые специфически реагируют с лигандами, которыми являются вышеупомянутые нейромедиаторы, гормоны, факторы роста, цитокины, воспринимающие сигналы и передающие его внутрь клетки. Будучи полярными молекулами, они не могут проникнуть во внутрь клетки и оказывают свое действие через систему посредников и внешних рецепторов. Сигнальные молекулы связываются с рецепторами и активируют их; в ответ на активацию рецептора в клетке синтезируется внутриклеточные медиаторы — вторичные посредники (вторичные мессенджеры), которые усиливают сигнал и передают его к специальным белкам в цитоплазме. В ответ на действие сигнала изменяется активность этих белков; те в свою очередь регулируют активность определенных ферментов обмена веществ, структурных белков или генов, что и является конечным эффектом, который должен был возникнуть в клетке на действие сигнала. В соответствии со своей локализацией рецепторы делятся на поверхностные и внутриклеточные, а последние — на цитоплазматические и ядерные.

Поверхностные рецепторы образованы поверхностными периферическими мембранами и гликокаликсом. Их роль заключается в том, чтобы обеспечить сигнальное действие на клетку веществ, которые не могут пройти через мембрану и действует через систему рецепторов и вторичных мессенджеров.

Поверхностные рецепторы делятся на:1-каталитические рецепторы; 2 -рецепторы, связанные с ионными каналами, 3 — рецепторы, связанные с Gбелками и 4 — рецепторы, связывающие молекулы внеклеточного матрикса с цитоскелетом.

Каталитические рецепторы. У этих рецепторов гликокаликс имеет разветвленные моно-, или олигосахаридные участки «антенны», которые могут связываться с различными химическими веществами, распознавая их. Кроме нейромедиаторов, гормонов, факторов роста, цитокинов, ими могут быть генетически чужеродные вещества и др.

Рецепторные поверхностные белки и углеводные участки гликокаликса связаны с цитоплазматическими ферментами. Рецепторные белки, являясь трансмембранными белками, состоят из рецепторного и каталитического участков. Активация рецепторов лигандами, приводит к изменению их конформации и, соответственно, к образованию вторичных посредников (мессенджеров) которые передают внешний сигнал в клетку, изменяя ее метаболизм, регулируя обмен веществ и процессы синтеза.

Рецепторы, связанные с ионными каналами. Во всех клетках имеются ионные каналы, которые регулирует прохождение через мембрану специфических ионов. Ионные каналы образованы интегральными мембранными белками, которые играют также роль рецепторов. Взаимодействие лигандов с определенными доменами этих белков приводит к открытию канала и проведению определенных ионов (Na⁺; Ca²⁺; K⁺; Cl^-); открытие канала может быть результатом изменения мембранного потенциала клетки и т. д. Такие рецепторы могут изменять проницаемость мембран для ионов, что приводит к появления электрического импульса (рецепторы к нейромедиатором, сигнальным веществам, участвующим в передаче сигнала в нервных клетках).

Рецепторы, связанные с G-белками (внутриклеточные гуанозин трифосфатазы — ГТФазы). G-белки -это крупное семейство тримерных белков, состоящих из трех субъединиц: б, в и г, нековалентно связанных между собой. Каждая субъединица участвует в переносе различных сигналов к внутриклеточным молекулам. Рецепторы, связанные с G-белками относятся к политопным белкам (см. Белки); N-концевой участок внеклеточного домена находятся на наружной поверхности мембраны и взаимодействует с лигандами и физическими факторами (свет), трансмембранный домен семь раз прошивает мембрану, цитоплазматический домен содержит участки связывания с G-белками. Рецепторы этого семейства реагируют на различные лиганды (рис.). Существует сотни форм G-белковых рецепторов и физиологических эффектов, вызванных ими (табл.). Вторичными мессенджерами выступает циклический аденозинмонофосфат и молекулы кальция. 20 различных форм б-субъединиц G-белка, сгрупированных в 4 класса активирует или ингибируют целый ряд эффекторных молекул: аденилатциклазу, фосфолипазуС, фосфолипазу А₂, киназу, опосредует закрытие Са⁺-каналов и др.

Рецепторы, связывающие молекулы внеклеточного матрикса с цитоскелетом. К таким рецепторам относятся интегрины, которые являются трансмембранными белками и состоят из 2 субъединиц: б и в. Каждая субъединицаэто трансмембранный гликопротеин 1-типа. Семейство интегринов содержит 20 видов рецепторов, которые могут связываться с каким-либо одним веществом внеклеточного матрикса (фибронектином, ламинином и др.) или взаимодействовать с несколькими белками, обеспечивая передачу сигнала от внеклеточного матрикса к цитоскелету. Так, интегрин воспринимает сигналы от белка внеклеточного матрикса фибронектина и связывается при помощи ряда белков с цитоскелетом. При раздражении этого рецептора изменяется состояние цитоскелета и клетка приходит в движение, либо начинается эндо-, экзоцитоз и другие виды деятельности клетки, связанные с цитоскелетом.

Каждая клетка имеет тысячи рецепторов, которые подразделяются на семейства и весьма специфичны. Например, число белков семейства обонятельных рецепторов исчисляется тысячами. Человек может различить до 10.000 пахучих молекул и, соответственно, имеет такое же количество рецепторов запаха.

При этом большинство поверхностных рецепторов имеют сходные черты строения и свойства доменов. Поверхностные рецепторы имеют три домена: внеклеточный или эктодомен, трансмембранный домен (моноили политопный), цитоплазматический домен с ферментными центрами.

Внеклеточный домен содержит участок связывания с сигнальной молекулой — лигандом. Это самая большая часть белка, выступающего над наружным слоем мембраны, содержит несколько олигосахаридных цепей (подобно гликофорину) и аминокислотную последовательность, богатую лейцином и пролином. Внеклеточный домен узнает различные внешние сигналы.

Трансмембранный домен в зависимости от вида рецептора делится на два типа: трансмембранные домены политопных и монотопных белков.

У политопных белков он пересекает мембрану семь раз; такие рецепторы называется серпантинными. Политопные белки-рецепторы использует G-белки — белки, связывающие гуанозин-трифосфаты (ГТФ) в качестве начального активирующего субстрата. G-белки — это универсальные посредники при передаче сигналов от рецепторов к белкам мембраны, которые катализируют образование вторичных посредников гормонального сигнала, изменяя метаболизм клетки: усиливая или ослабляя его. К таким рецепторам относятся рецепторы инсулина, факторов роста и др.

У монотопных белков трансмембранный домен один, связи с G-белком нет; некоторые имеют собственные ферменты в цитоплазме, которые активирует его.

Цитоплазматический домен — участок белка, расположенный в цитоплазме и имеющий каталитический (активирующий) центр, в котором лиганд, через трансмембранной домен, вызывает конформационные перестройки с образованием новых реакционных центров для связи с внутриклеточными вторичными мессенджерами. У рецепторов, связанных с G-белками, именно цитоплазматический домен связан с G-белками. После связи рецептора с лигандом, сигнал передается через трансмембранный домен на цитоплазматический, изменяя его конформацию, что в свою очередь, приводит к изменению цепей G-белка, а именно, б-цепь, связанная с ГТФ отсоединяется от ви г-цепей и цитоплазматического домена, активирует фермент аденилатциклазу, которая синтезирует вторичный посредник (мессенджер) циклический аденозинмонофосфат (цАМФ). Через рецепторы, связанные с G-белками передаются сигналы с большинства гормонов и нейромедиаторов. Дефекты этих рецепторов приводят к возникновению ряда болезней (табл.).

Внутриклеточные рецепторы находятся на мембранах органелл (цитоплазматические рецепторы) и ядра (ядерные рецепторы) клетки. Они предназначены для восприятия сигнальных веществ, которые в силу своей неполярности легко проникают в клетку. К ним относятся стероидные гормоны, витамины Д₃, гормоны щитовидной железы. Эти лиганды регулируют развитие и дифференцировку клеток, а также метоболизм органа в целом. Например, ядерные рецепторы состоят из 2 участков: участок связывания с сигнальным веществом — лигандом (гормоны, витамины и др.) и участок связи с молекулой ДНК ядер. Рецепторы стероидных гормонов находятся в цитоплазме в составе шаперонов, включающих белки теплового шока hsр 90. После связывания лиганда (гормона) с рецептором высвобождаются белки теплового шока, а лиганд-рецепторный комплекс транспортируется в ядро, где связывается с определенной последовательностью ДНК в промоторах генов, активируя его активность. Внутриклеточные рецепторы находятся на мембранах других органелл, например, на мембранах митохондрий.

Таким образом, в ответ на поступление сигналов из вне в клетке активируется набор рецепторов. Клетка отвечает лишь на тот сигнал, для которого в ней имеется рецептор. Набор рецепторов может меняться в процессе роста и дифференцировки клетки. Если в клетке отсутствуют определенный рецептор, клетка не может генерировать соответствующий ответ. Способность клетки выполнять или не выполнять ту или иную функцию зависит от того имеется или нет у нее соответствующий рецептор. Активация или утрата рецептора — это запрограммированные процессы клеточной деятельности.