Глава 2. Клетка

Клетка — главный гистологический элемент. Эукариотическая клетка состоит из трёх основных компартментов: плазматическая мембрана, ядро и цитоплазма со структурированными клеточными единицами (органеллы, включения).

Плазматическая мембрана

Особое значение для организации клеток имеют состоящие из непрерывного слоя молекул биологические мембраны, входящие в состав каждого клеточного компартмента и многих органелл. Мембраны клеток имеют принципиально сходную молекулярную организацию. Любую клетку снаружи ограничивает плазматическая мембрана. Согласно жидкостно-мозаичной модели, предложенной Nicholson–Singer, плазматическая мембрана — жидкая динамическая система с мозаичным расположением белков и липидов (рис. 2-1). В плоскости мембраны белки обладают латеральной подвижностью. Интегральные белки перераспределяются в мембранах в результате взаимодействия с периферическими белками, элементами цитоскелета, молекулами в мембране соседней клетки и компонентами внеклеточного матрикса. Подвижность интегральных белков в мембране ограничена вследствие их взаимодействия с периферическими белками и гидрофобного связывания с липидами. Основные функции плазматической мембраны: избирательная проницаемость, межклеточные взаимодействия, эндоцитоз, экзоцитоз.

Рис. 2-1. Компоненты плазматической мембраны: A — холестерин; B — олигосахарид в составе гликопротеина на наружной поверхности; C и D — интегральные белки; E — молекулы фосфолипидов; F — хвосты жирных кислот в составе фосфолипидов; G — полярные головки фосфолипидов; H — периферический белок (Paulsen D.F., 1993)

Химический состав

Липиды

Липиды (фосфолипиды, сфинголипиды, гликолипиды, холестерин) составляют до 45% массы мембран.

Фосфолипиды

Молекула фосфолипида состоит из полярной (гидрофильной) части (головка) и аполярного (гидрофобного) двойного углеводородного хвоста. В водной фазе молекулы фосфолипидов автоматически агрегируют хвост к хвосту, формируя каркас биологической мембраны в виде двойного слоя (бислой). Таким образом, в мембране хвосты фосфолипидов направлены внутрь бислоя, а головки обращены кнаружи.

Арахидоновая кислота

Из мембранных фосфолипидов, содержащих в основе глицерин, с участием фосфолипазы A₂ (PLA₂) освобождается арахидоновая кислота — предшественник простагландинов, тромбоксанов, лейкотриенов и ряда других биологически активных веществ с множеством функций (медиаторы воспаления, вазоактивные факторы и др.).

Рис. 2-2. Липиды плазмолеммы. Наружный слой содержит преимущественно фосфатидилхолин, сфингомиелин и гликолипиды. Внутренний слой содержит фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин и фосфатидилинозитол. Холестерин распределён по обоим слоям. Показаны отрицательные заряды головок фосфатидилсерина и фосфатидилинозитола (Cooper G.M., 2000)

Сфинголипиды

Сфинголипиды — липиды, содержащие основание с длинной цепью (сфингозин или сходную с ним группу); сфинголипиды в значительном количестве находятся в миелиновых оболочках нервных волокон (слоёв модифицированной плазмолеммы шванновских клеток и олигодендроглиоцитов ЦНС).

• Церебральный сфинголипидоз — общее наименование группы наследственных заболеваний, характеризующихся аномальным метаболизмом сфинголипидов. Клинически заболевание проявляется мышечным гипертонусом, прогрессирующим спастическим параличом, потерей зрения (обычно с центральной дегенерацией сетчатки и атрофией зрительного нерва), судорогами и умственными дефектами; сочетается с аномальным отложением сфингомиелина и родственных липидов.

Гликолипиды

Гликолипиды — молекулы олигосахарид-содержащих липидов, присутствующие в наружной части бислоя, а их остатки сахаров ориентированы к наружной поверхности клетки. Гликолипиды присутствуют на поверхности плазматических мембран практически всех клеточных типов. Они составляют 5% липидных молекул наружного монослоя и различаются в клетках разных типов. Например, молекулы гликолипидов различаются по числу остатков сахаров в полярных головках. Один из простейших гликолипидов — галактоцереброзид. Его полярная головка состоит только из одной галактозы. Галактоцереброзид — это главный гликолипид миелина, многослойной мембранной оболочки в составе нервных волокон.

Сложные гликолипиды, а именно ганглиозиды, содержат один или более остатков сиаловой кислоты, которые придают молекулам отрицательный заряд. Особенно много ганглиозидов в плазматической мембране нейронов, где они составляют около 6% общей массы липидов. Известно более 30 различных ганглиозидов.

Холестерин

Холестерин составляет до 20% массы мембраны и имеет чрезвычайно большое значение не только как компонент биологических мембран, на основе холестерина происходит синтез стероидных гормонов — половых, глюкокортикоидов, минералокортикоидов. Благодаря наличию углеводородных колец, холестерин играет особую роль в регуляции текучести плазмолеммы.

• Липидные плотики (рафты). Холестерин участвует в формировании рафтов — дискретных мембранных доменов, богатых сфинголипидами и холестерином. Рафты представляют собой жидкостно-упорядоченную фазу и обладают отличной от плазмолеммы плотностью и точкой плавления, так что они могут «плавать» на поверхности жидкостно-неупорядоченной плазмолеммы. Рафты перемещаются в мембране латерально и могут связывать различные мембранные белки, участвуют в эндоцитозе и способны модифицировать сигнальные каскады.
• Транспорт. Холестерин циркулирует во внутренней среде организма в составе липопротеинов (рис. 2-3). Транспорт холестерина осуществляют липопротеины низкой плотности (ЛНП), очень низкой плотности (ЛОНП) и липопротеины высокой плотности (ЛВП). Поступление холестерина в составе ЛНП в клетку происходит путём опосредованного рецепторами эндоцитоза.