Экзоцитоз — транспортный процесс, имеющий противоположное эндоцитозу направление. Путем экзоцитоза из клетки удаляются некоторые продукты метаболизма, непереваренные и вредные для нее вещества, а из железистых клеток — продукты их секреции. Экзоцитозные пузырьки, содержащие перечисленные соединения, приближаются к внутренней поверхности плазмолеммы и сливаются с ней, формируя сообщение с внешней средой. Полагают, что в процессе слияния мембран важная роль принадлежит особым, так называемым фузогенным, плазмолеммальным белкам (от латинского fusio — слияние), которые концентрируются в участках контактов экзоцитозных везикул с плазмолеммой.
Важнейшее свойство клетки и ее плазмолеммы — формирование межклеточных соединений (контактов).
Простой неспециализированный (адгезионный) контакт образуется за счет элементов гликокаликса — трансмембранными гликопротеинами (кадгеринами) взаимодействующих мембран. Слои гликокаликса удерживают мембраны клеток на расстоянии около 10-20 нм, оставляя свободной межклеточную щель для транспортных процессов ионов и низкомолекулярных соединений. Обращенные в сторону межклеточной щели молекулы кадгеринов связываются катионами кальция. Простые контакты не обеспечивают высокой прочности межклеточных взаимодействий. Иногда плазмолеммы контактирующих клеток в области простого контакта образуют интердигитации (взаимные пальцевидные внедрения участков цитоплазмы), которые придают контакту большую прочность.
Плотный (запирающий) контакт характерен для клеток однослойных эпителиев. При формировании плотного контакта внешние слои мембран в отдельных участках максимально сближаются. В точках соприкосновения мембран располагаются интегральные белки плазмолемм соседних клеток. В ряде случаев (в эпителии кишечного типа) плотные контакты формируют сплошные полосы, получившие название замыкающих пластинок. Эти контакты, помимо прочного соединения клеток, изолируют межклеточные щели и делают их плохо проницаемыми для ионов и молекул.
А — простой контакт (стрелки — движение веществ по межклеточному пространству); Б — плотный контакт (стрелки — зоны сближения внешнених слоев плазмолеммы); В — заякоривающий контакт (1 — цитоплазматические мембраны, 2 — связывающие трансмембранные белки — кадгерины, 3 — внутриклеточные белки сцепления — винкулин, 4 — фибриллярные белки цитоскелета, 5 — участки сцепления связывающих белков с помошью катионов кальция); Г — щелевой контакт (1 — цитоплазматические мембраны, 2 — коннексоны, 3 — каналы коннексонов)
Заякоривающий контакт. В отличие от двух предыдущих в его образовании кроме клеточных мембран участвуют фибриллярные элементы цитоскелета. К этому виду соединений принадлежат десмосомы и полудесмосомы, в формировании которых задействованы промежуточные филаменты цитоскелета.
Десмосома. В межклеточной щели в области десмосомы располагается электронно-плотный слой, образованный взаимодействующими молекулами интегральных гликопротеинов (десмоглеинов) плазмолемм соседних клеток. С помощью катионов кальция молекулы десмоглеина сцеплены в межклеточном пространстве. Со стороны гиалоплазмы в зоне десмосомы располагается электронно-плотный слой белка — десмоплакина, в который вплетаются промежуточные филаменты цитоскелета. Десмосомы являются характерными контактами эпителиальных, эндотелиальных клеток, кардиомиоцитов и других, обеспечивая прочное сцепление взаимодействующих структур.
Щелевой контакт. В отличие от всех рассмотренных выше он представляет собой коммуникационное (обменное) соединение клеток. Через щелевой контакт происходит прямой обмен химическими веществами между клетками. Плазмолеммы соседних клеток в зоне щелевого контакта сближены до 2-3 нм. Метод замораживания — скалывания демонстрирует присутствие в межклеточной щели контакта мелких частиц, имеющих внутри канальцы — это коннексоны (от англ. connection — соединение). В составе разных щелевых контактов насчитывается от нескольких единиц до нескольких тысяч коннексонов. Коннексоны насквозь пронизывают плазмолемму и в мембранах соседних клеток соединяются «стык в стык». В результате образуются сквозные каналы, сообщающие между собой внутренние среды контактирующих клеток. Коннексоны могут временно закрываться, ограничивая активность обменных процессов между клетками.
Таким образом, плазмолемма играет роль прочного механического и биологического покрова, изолируя внутреннее содержимое клетки от внешней среды. Эту функцию совместно с плазмолеммой выполняют гликокаликс и цитоплазматический кортекс актиновых филаментов. Кроме того, плазмолемма обеспечивает процессы переноса веществ из клетки во внеклеточную среду и наоборот — из внеклеточной среды внутрь клетки, а также является носителем информации о генетической принадлежности особи.
Межклеточные контакты
Межклеточные контакты — соединения между клетками, образованные при помощи белков. Межклеточные контакты обеспечивают непосредственную связь между клетками. Кроме того, клетки взаимодействуют друг с другом на расстоянии с помощью сигналов (главным образом — сигнальных веществ), передаваемых через межклеточное вещество.
Читайте также: Знаки обработки одежды из тканей
Строение межклеточных соединений
В тех тканях, в которых клетки или их отростки плотно прилежат друг к другу (эпителий, мышечная ткань и пр.) между мембранами контактирующих клеток формируются связи – межклеточные контакты. Каждый тип межклеточных контактов формируется за счет специфических белков, подавляющее большинство которых — трансмембранные белки. Специальные адапторные белки могут соединять белки межклеточных контактов с цитоскелетом, а специальные «скелетные» белки — соединять отдельные молекулы этих белков в сложную надмолекулярную структуру. Во многих случаях межклеточные соединения разрушаются при удалении из среды ионов Ca 2+ .
Функции межклеточных соединений
Межклеточные соединения возникают в местах соприкосновения клеток в тканях и служат для межклеточного транспорта веществ и передачи сигналов (межклеточное взаимодействие), а также для механического скрепления клеток друг с другом.
Через щелевые контакты могут передаваться электрические сигналы. Клетки органов и тканей вырабатывают ряд химических веществ, действующих на другие клетки (в том числе через межклеточные контакты) и вызывающих изменения в работе цитоскелета, в интенсивности обмена веществ и процессе синтеза клеткой белков.
Типы межклеточных соединений
Плазмодесмы
Микроскопические цитоплазматические мостики, соединяющие соседние клетки растений. Основная статья: Плазмодесмы
Простое межклеточное соединение
При простом межклеточном соединении оболочки клеток сближены на расстояние 15 – 20 нм. Это соединение занимает наиболее обширные участки соприкасающихся клеток. Посредством простых соединений осуществляется слабая механическая связь, не препятствующая транспорту веществ в межклеточных пространствах. Разновидностью простого соединения является контакт типа «замок», когда билипидные мембраны соседних клеток вместе с участком цитоплазмы вдавливаются друг в друга, чем достигается большая поверхность соприкосновения и более прочная механическая связь.
Плотное соединение (запирающая зона)
В плотном соединении клеточные мембраны максимально сближены, здесь фактически происходит их слияние. Роль плотного соединения заключается в механическом сцеплении клеток и препятствии транспорту веществ по межклеточным пространствам. Эта область непроницаема для макромолекул и ионов, она ограждает межклеточные щели от внешней среды. Плотные соединения обычно образуются между эпителиальными клетками 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 образуется пятно слипания (десмосома).Частными случаями плотного соединения являются зоны замыкания и слипания.
Зона замыкания
В зоне замыкания две соседние мембраны сливаются своими наружными слоями, эта зона непроницаема для макромолекул и ионов.
Зона слипания (промежуточный контакт)
В зоне слипания мембраны разделены щелью в 10-20 нм, заполненной плотным веществом (белковой природы).
Десмосома (пятно сцепления, липкое соединение)
Десмосома представляет собой небольшую площадку, иногда слоистого вида, диаметром до 0,5 мкм. Их функциональная роль заключается главным образом в механической связи между клетками. Существуют 3 типа десмосом – точечные, опоясывающие и полудесмосомы. Десмосомой называется образованное клетками соединение, прочно склеивающее клетки. Если они образуются между клетками и внеклеточным матриксом, то они называются полудесмосомами. Количество десмосом на одной клетке может достигать 2000. Такие контакты встречаются между клетками, которые могут подвергаться трению и другим механическим воздействиям (эпителиальные клетки, клетки сердечной мышцы). Со стороны цитоплазмы к десмосомам прикрепляются промежуточные филаменты, которые формируют остов цитоплазмы, обладающий большой прочностью на разрыв. Таким образом, через десмосомы промежуточные филаменты соседних клеток объединяются в непрерывную сеть по всей ткани. Тип промежуточных филаментов зависит от типа клеток: в большинстве эпителиальных клеток они кератиновые, а в клетках сердечной мышцы – десминовые.
Нексус (щелевой контакт)
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 осуществляется обмен ионами и микромолекулами соседних клеток. Поэтому нексусы называют также проводящими соединениями. Их функциональная роль заключается в переносе ионов и мелких молекул от клетки к клетке, минуя межклеточное пространство. Этот тип соединения встречается во всех группах тканей.
Читайте также: Коврики из обрезков ткани своими руками
Синапс (синаптическое соединение)
Синапсы являются особыми формами межклеточных соединений. Они характерны для нервной ткани и встречаются между нейронами (межнейронные синапсы) или между нейроном и клеткой-мишенью (нервно-мышечные синапсы и пр.). Синапсы – участки контакта двух клеток, специализированных для односторонней передачи возбуждения или торможения от одной клетки к другой. Их функция – именно передача нервного импульса с нейрона на другую нервную клетку или клетку-мишень.
Виды контактов клеток тканей
• Плотные контакты представляют собой разновидность контактного комплекса, который образуется между соседними эпителиальными или эндотелиальными клетками
• Плотные контакты регулируют транспорт частиц между эпителиальными клетками
• Плотные контакты сохраняют полярность эпителиальных клеток, выполняя функцию «загородки», которая предотвращает миграцию белков плазматической мембраны между апикальной и базальной областью
Межклеточные контакты играют критическую роль в образовании многоклеточных организмов и в обеспечении их жизнеспособности. Вдоль латеральных поверхностей примыкающих друг к другу клеток эпителия и эндотелия могут образоваться три различных типа контактных комплексов. У позвоночных это плотные контакты, адгезивные контакты и десмосомы. У беспозвоночных вместо плотного контакта часто возникает септированный контакт. Взаимное положение контактов схематически представлено на рисунке ниже.
Они поддерживают существование обособленных специализированных областей у многоклеточных организмов и регулируют между ними транспорт молекул. Они также предохраняют клетки от химических и физических повреждений. Мы рассмотрим каждый тип межклеточных взаимодействий, начиная с плотного контакта.
Контактный комплекс подразделяется, по меньшей мере, на три вида межклеточных контактов.
Они обеспечивают эпителиальной клетке возможность поддерживать свою структуру и функционировать в качестве селективного транспортного барьера.
Септированные контакты обнаружены только у беспозвоночных, где они часто присутствуют вместо плотных контактов.
Как видно на рисунке ниже, на фотографии ультратонкого среза клеток в трансмиссионном электронном микроскопе плотные контакты видны в виде групп небольших контактов (иногда называемых «поцелуями»). Эти контакты существуют между латеральными мембранами соседних клеток, расположенными напротив. Белки на цитоплазматической стороне мембраны, примыкающей к этим контактам, имеют вид электронно-плотных «облаков». На сколах замороженных суспензий клеток видна другая картина, которая показывает распределение белка в двух липидных монослоях, разделенных в середине плазматической мембраны.
При этом плотные контакты имеют вид переплетенной сети тонких фибрилл (или нитей), если белки остаются встроенными в мембрану, или же выглядят как сеть углублений, если в процессе скола произошла потеря белков.
Плотные контакты имеют сложный молекулярный состав. В зоне этих контактов обнаружено более 24 белков. Среди них идентифицировано три типа трансмембранных белков: клаудины, окклюдины и контактные адгезивные молекулы (JAM). Клаудины являются основными белками фибриллярных структур плотного контакта. Упомянутые выше поры образуются при организации внеклеточных доменов клаудинов в петли, формирующие селективные каналы в фибриллах.
У млекопитающих идентифицировано по меньшей мере 24 клаудиновых белка, и различные их комбинации формируют каналы, обладающие различной проницаемостью по отношению к ионам. Трансфекция клаудиновых генов в клетки, которые в норме их не экспрессируют, приводит к формированию плотных контактов. Окклюдины латерально сополимеризуются с клаудинами вдоль фибрилл плотного контакта, в латеральном направлении, однако их точная функция неизвестна.
Три трансмембранных белка прочно связаны с девятью или более структурными белками, включая актин. Они также способны к эпизодическому связыванию более двенадцати сигнальных белков. Это позволяет предполагать, что плотные контакты играют дополнительную роль в качестве присутствующих на клеточной поверхности организаторов сигнала, подобно тому как это имеет место для фокального адгезивного комплекса на базальной поверхности клеток.
Многие другие белки зоны плотного контакта, например ZO-1, по своей первичной структуре относятся к семейству мембраносвязанных гуанилаткиназ (MAGUK). Эти белки содержат три домена, расположенные в характерном порядке. Благодаря этим доменам они связываются со многими типами белковых мишеней, включая сигнальные белки и элементы актинового цитоскелета. Некоторые из белков зоны плотного контакта содержат также домен PDZ, который дает им возможность связываться между собой. В модельных экспериментах in vitro с использованием интактных и усеченных форм этих белков продемонстрирована возможность образования в зоне контакта их различных комбинаций.
Читайте также: Как сшить слона из ткани своими руками
Плотные контакты играют две важные роли. Во-первых, они представляют собой молекулярные структуры, регулирующие параклеточный транспорт (транспорт материалов, происходящий в пространстве между клетками) в эпителиальных и эндотелиальных слоях. (Ранее считалось, что они функционируют в качестве барьеров, блокирующих (предотвращающих) этот транспорт, и, поэтому, контактные зоны назывались zonula occludens.) Этим плотные контакты напоминают «молекулярный фильтр», через который пропускаются молекулы клеточного окружения при прохождении ими границ эпителия и эндотелия.
Однако не все фильтры одинаковы, поскольку для каждого вида ткани необходим фильтр, способный удалять определенный набор молекул. Например, для ткани почек не обязательно удалять дымовые частицы. Фактически диапазон размеров частиц, проходящих через плотные контакты за счет свободной диффузии, варьирует между 4 и 40 А, в зависимости от типа ткани.
Физические барьеры для транспорта ионов и других растворимых компонентов имеют различную природу: ионы проходят мгновенно, а другим растворимым компонентам для прохождения через плотный контакт необходимы минуты или даже часы. Каким образом это осуществляется? Недавно предложенная модель постулирует, что барьер проницаемости в плотном контакте создается за счет слоев пор, несущих селективные заряды и образующих сетчатую структуру, состоящую из хрупких нитевидных структур. Ионы способны проходить через эти поры, однако для прохождения других растворимых компонентов должна нарушиться целостность нитей.
По мере разрыва и воссоединения нитей компонент постепенно продвигается через барьер контакта, как показано на рисунке ниже.
Вторая роль плотных контактов состоит в том, что в структурном и функциональном отношении они делят плазматическую мембрану поляризованных клеток на два домена. Апикальная (от греч. слова apex — вершина) поверхность представляет собой часть плазматической мембраны, которая ориентирована по направлению к полости или к пространству с одной стороны слоя эпителия. Базальная (или нижняя) поверхность представляет собой область с противоположной стороны, которая находится в контакте с внеклеточным матриксом.
Латеральные поверхности формируют «стороны» между этими двумя областями. Плотные контакты полностью окружают клетки эпителия и эндотелия вдоль латеральной поверхности по границе апикальной и латеральной зон. Тем самым клетка подразделяется на две области: апикальный и базолатеральный домены. Эти домены разграничивают поверхность клетки на область «вершины» и область «основания», играющие различную роль в контроле трансклеточного перемещения метаболитов. Хотя мембранные белки могут диффундировать в плоскости каждого домена, они не мигрируют от одного домена к другому через плотные контакты.
В этом смысле плотные контакты как бы играют роль «изгороди», благодаря которой поддерживается уникальный молекулярный состав в пределах каждого из двух мембранных доменов.
Хотя молекулярные механизмы этого диффузионного барьера исследованы еще недостаточно, идентифицированы два отдельных макромолекулярных комплекса, играющие важную роль в формировании и поддержке полярного распределения белков плазматической мембраны в клетках эпителия и эндотелия. Изменения экспрессии любого из этих белков приводят к утрате клеткой полярности. Эти комплексы обнаружены в плотных контактах и непосредственно связаны с белками, входящими в состав сетчатых структур, о которых шла речь выше.
Электронная микрофотография клеточного препарата, приготовленного методом замораживания-скалывания.
Видна фибриллярная сеть, образующая плотный контакт.
На фотографии, выполненной с помощью трансмиссионного электронного микроскопа (на вставке),
показана связь между мембранами, существующая в плотном контакте. 
В плотных контактах клетки удерживаются вместе окклюдином, клаудином и контактными адгезивными молекулами. 
Модель, описывающая процессы быстрого и медленного транспорта растворимых веществ через плотный контакт.
Быстрый транспорт некоторых ионов происходит через ионные каналы, встроенные в фибриллярные структуры контакта.
Медленный транспорт веществ, которые не могут проходить через каналы, осуществляется при возникновении в фибриллах разрывов,
через которые происходит их транспорт. Поскольку существует много фибриллярных слоев, этот процесс транспорта включает несколько стадий.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом