ТЕМА:”  Введение в гистологию. Плазматическая мембрана, строение и функции. Структуры, формируемые плазматической мембраной”

        Гистология в дословном переводе  - это наука о тканях, однако это понятие не вмещает того действительно большого обьема материала, который освещает  эта понастоящему медицинская дисциплина. Курс гистологии начинается с изучения цитологии не столько на светооптическом, сколько на молекулярном уровне, который в современной медицине  логически вошел в этиологию и патогенез целого ряда заболеваний.  Гистология – это и отдельные разделы из курса эмбриологии, не всей конечно, а той ее части, которая затрагивает вопрос закладки и дифференцировки тканевых зачатков. И,наконец,  гистология – это большой раздел частной гистологии, то есть, раздел, изучающий строение и функции различных органов. Перечисленные разделы курса гистологии не оставляют сомнения в том, что изучение нашей дисциплины следует проводить в аспекте сохранения единства клеточного , тканевого, органного и системного уровней организации 

        Мы начнем гистологию с изучения  эукариотической клетки, являющейся самой простой системой, наделенной жизнью. При исследовании клетки в световом микроскопе мы получаем информацию о ее размере, форме, и эта информация связана с наличием  у клеток ограниченных мембраной границ. С развитием электронной микроскопии ( ЭМ)  наши представления о мембране, как о четко  ограниченной линии раздела между клеткой и окружающей средой изменились, ибо оказалось,что на поверхности клетки имеется сложная структура, состоящая из следующих  3-х компонентов:

1. Надмембранный компонент ( гликокаликс) ( 5-100 нм)
   
2. Плазматическая мембрана ( 8-10 нм)
   
3. Подмембранный компонент ( зона вариации белков цитоскелета)
   

При этом 1 и 3 компоненты вариабельны и зависят от типа клеток, наиболее статичным представляется строение плазматической мембраны , которую мы и рассмотрим.

    Изучение плазмолеммы в условиях ЭМ привело к заключению об однотипности ее структурной организации, при которой она имеет вид триламинарной линии , где внутренний и наружный слои электронноплотные, а расположенный между ними – более широкий слой представляется электроннопрозрачным. Такой тип структурной организации мембраны свидетельствует об ее химической гетерогенности. Не касаясь дискуссии по этому вопросу, оговорим, что плазмолемма состоит из трех типов веществ: липидов, белков и углеводов.  

     Липиды, входящие в состав мембран, обладают амфифильными свойствами за счет присутствия в их составе как гидрофильных, так и гидрофобных групп.

Амфипатический характер липидов мембраны способствует образованию липидного бислоя. При этом в фосфолипидах мембраны выделяют два домена: а) фосфатная – голова молекулы, химические свойства этого домена определяют его растворимость в воде и его называют гидрофильным

б) ацильные цепи, представляющие собой этерифицированные жирные кислоты – это гидрофобный домен.

      Типы мембранных липидов. 1. Основным классом липидов биологических мембран являются фосфо(глицериды) (фосфолипиды), они формируют каркас

биологической мембраны  ( рис. 1).

Биомембраны – это двойной слой амфифильных липидов ( липидный бислой). В водной среде такие амфифильные молекулы самопроизвольно образуют бислой, в котором гидрофобные части молекул ориентированы друг к другу, а гидрофильные к воде ( рис. 2 ).

В состав мембран входят липиды следующих типов:

1. Фосфолипиды
   
2. Сфинголипиды        “головки” + 2 гидрофобных “хвоста”
   
3. Гликолипиды
   

   Холестерин ( ХЛ) – находится в мембране  в основном в срединной зоне бислоя, он амфифилен и гидрофобный ( за исключением одной гидроксигруппы). Липидный состав влияет на свойства мембран : отношение белок/липиды близок 1:1, однако миелиновые оболочки обогащены липидами, а внутренние мембраны – белками.

      Способы упаковки амфифильных липидов : 1. Бислои ( липидная мембрана), 2.Липосомы  - это пузырек с двумя слоями липидов , при этом как внутренняя, так и наружная поверхности являются полярны.  3. Мицеллы – третий вариант организации амфифильных липидов – пузырек, стенка которого  образована  одним слоем липидов, при этом их гидрофобные концы обращены к центру мицеллы и их внутренняя среда является не водной, а гидрофобной.

      Наиболее распространенной формой упаковки молекул липидов является образование ими плоского бислоя мембран. Липосомы и мицеллы – это скорые транспортные формы , обеспечивающие перенос веществ в клетку и из нее. В медицине  липосомы используют для переноса водорастворимых , а мицеллы – для переноса жирорастворимых веществ.

      Белки мембраны :

1. Интегральные ( включены в липидные слои)
   
2. Периферические
   

    Интегральные ( трансмембранные белки):

1. Монотопные – (например, гликофорин. Они пересекают мембрану 1 раз ), и являются рецепторами, при этом их наружный – внеклеточный домен – относится к распознающей части молекулы.
   
2. Политопные – многократно пронизывают мембрану – это тоже рецепторные белки, но они активизируют путь  передачи сигнала внутрь клетки.
   
3. Мембранные белки, связанные с липидами.
   
4. Мембранные белки, связанные с углеводами.
   

     Периферические белки –  не погружены в липидный бислой и не соединены с ним ковалентно. Они удерживаются за счет ионных взаимодействий.  Периферические белки ассоциированы с интегральными белками в мембране за счет взаимодействия - белок-белковые взаимодействия.

          Пример этих белков:

1. Спектрин , который расположен на внутренней поверхности клетки
   
2. Фибронектин, локализован на наружной поверхности мембраны
   

          Белки – обычно составляют до 50%  массы мембраны. При этом

интегральные белки  выполняют следующие функции :

 а) белки ионных каналов

 б) рецепторные белки

2. Периферические мембранные белки ( фибриллярные, глобулярные) выполняют функции:
   

           а) наружные ( рецепторные и адгезионные белки)

           б) внутренние – белки цитоскелета ( спектрин, анкирин), белки системы вторых посредников.

     Ионные каналы – это сформированные интегральными белками каналы, они формируют небольшую пору, через которую по электрохимическому градиенту проходят ионы. Наиболее известные каналы – это каналы для Nа, К , Са 2 , Сl.

Существуют и водные каналы – это аквопорины ( эритроциты, почка, глаз). 

            Надмембранный компонент – гликокаликс , толщина 50 нм. Это углеводные участки гликопротеинов и гликолипидов, обеспечивающие отрицательный заряд. Под ЭМ – это рыхлый слой умеренной плотности, покрывающий наружную поверхность плазмолеммы. В состав гликокаликса помимо углеводных компонентов входят периферические мембранные белки ( полуинтегральные). Функциональные участки их находятся в надмембранной зоне- это иммуноглобулины (рис. 4 ) .

      Функция гликокаликса: 1. Играют роль рецепторов.

2. Межклеточное узнавание .
   
3. Межклеточные взаимодействия ( адгезивные взаимодействия).
   
4. Рецепторы гистосовместимости.
   
5. Зона адсорбции ферментов ( пристеночное пищеварение).
   
6. 6. Рецепторы гормонов.
   

      Подмембранный компонент или самая наружная зона цитоплазмы, обычно обладает относительной жесткостью и эта зона особенно богата филаментами ( d 5-10 нм). Предполагают, что интегральные белки, входящие в состав клеточной мембраны, прямо или косвенно связаны с  актиновыми филаментами, лежащими в подмембранной зоне. При этом экспериментально доказано , что при агрегации интегральных белков, находящийся  в этой зоне актин и миозин также агрегируют, что указывает на участие актиновых филамент в регуцляции   формы клетки.

                  Структуры, формируемые плазмолеммой

     Контуры клетки, даже на светооптическом уровне, не представляются ровными и гладкими, а электронная микроскопия позволила обнаружить  и описать в клетке различные структуры, которые отражают характер ее функциональной специализации.  Различают следующие структуры:

1. Микроворсинки – выпячивание цитоплазмы, покрытые плазмолеммой. Цитоскелет микроворсинки сформирован пучком актиновых микрофиламент, которые вплетаются в терминальную сеть апикальной части клеток ( рис. 5). Единичные микроворсинки на светооптическом уровне не видны. При  наличии значительного их числа ( до 2000-3000 ) в апикальной части клетки уже при световой микроскопии различают “ щеточную каемку”.
   
2. Реснички – располагаются в апикальной зоне клетки и имеют две части ( рис. 6) : а) наружную - аксонему
   

       б) внутреннюю – безальное тельце

Аксонема состоит из комплекса микротрубочек ( 9 + 1 пары)  и связанных с ними белков . Микротрубочки образованы белком тубулином, а ручки – белком динеином – эти белки в совокупности формируют тубулин-динеиновый хемомеханический преобразователь. 

Базальное тельце  состоит из 9 триплетов микротрубочек, расположенных у основания реснички и служит матрицей при организации аксонемы.

3. Базальный лабиринт – это глубокие инвагинации базальной плазмолеммы с лежащими между ними митохондриями. Это механизм активного всасывания воды, а так же ионов против градиента концентрации.
   

1. Транспорт низкомолекулярных соединений осуществляется тремя способами:
   
2. Простая диффузия
   
3. Облегченная диффузия
   
4. Активный транспорт
   

    Простая диффузия – низкомолекулярные гидрофобные органические соединения ( жирные кислоты, мочевина) и нейтральные молекулы ( Н О, СО , О  ). С увеличением разности концентраций между отсеками, разделенными мембраной,  растет и скорость диффузии.

      Облегченная диффузия – вещество идет через мембрану также по направлению градиента концентрации, но с помощью транспортного белка – транслоказы. Это интегральные белки, обладающие специфичностью в отношении переносимых веществ. Это, например, анионные каналы ( эритроцит), К  - каналы ( плазмолемма возбужденных клеток) и Са  - каналы ( саркоплазматический ретикулум). Транслоказа для Н О – это аквапорин.

       Механизм действия транслоказы:

1. Наличие открытого гидрофильного канала для веществ определенного размера и заряда.
   
2. Канал открывается только при связывании специфического лиганда.
   
3. Канала нет как такового, а сама молекула транслоказы, связав лиганд, поворачивается в плоскости мембраны на 180 .
   

     Активный транспорт – это транспорт с помощью такого же транспортного белка ( транслоказы), но против градиента концентрации. Это перемещение требует затрат энергии.

2. Транспорт через мембраны высокомолекулярных соединений
   

    Переход частиц через плазмолемму происходит всегда в составе мембранного пузырька :

    1. Эндоцитоз : а. пиноцитоз,  б. фагоцитоз, в. эндоцитоз, опосредованный рецепторами.

    2.Экзоцитоз: а. секреция, б. экскреция, в. рекреция – это перенос твердых веществ через клетку, здесь сочетается фагоцитоз и экскреция.

    Рецепторно-опосредованный эндоцитоз

1. Накопление лиганд-связывающих рецепторов в специфическом участке плазмалеммы – окаймленные ямки ( один лиганд, один рецептор).
   
2. Поверхность ямки с цитозольной стороны покрыта аморфным плотным веществом – клатрином (этим путем попадают транспортные белки ЛНП, и белки, транспортирующие железо – трансферрин.
   
3. Образование окаймленного пузырька.
   
4. Слияние окаймленного пузырька с кислой эндосомой.
   
5. Судьба рецептора и лиганда определяется типом эндоцитоза.
   

      Патология  - Гиперхолестероломия

1. Повышение уровня ЛНП.
   
2. ЛНП не поглощаются клетками.
   
3. Уровень ЛНП в плазме .
   
4. Образуются атеросклеротические бляшки коронарных сосудов.
   

 Скачать файл Вводная лекция по гистологии