Том 3 (1129748), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Клетки в контексте их совокупностиРис. 19.54. Фибробласты в соединительной ткани. На этой микрофотографии, полученной методом сканирующей электронной микроскопии, представлена ткань роговицы глаза крысы.Здесь внеклеточный матрикс, окружающий фибробласты, состоит в основном из коллагеновых фибрилл. Гликопротеины,гиалуроновая кислота и протеогликаны, которые обычно образуют гидратированный гель в промежутках между волокнами,удалены воздействием ферментов в кислой среде. (Из T. Nishidaet al., Invest. Ophtalmol. Vis. Sci.
29: 1887–1890, 1988. С разрешенияAssociation for Research in Vision and Ophtalmology.)Матрикс в соединительной ткани формируют те же два главных класса макромолекул, чтои в случае базальной мембраны: (1) полисахариды гликозаминогликаны, обычно ковалентно сшитые с белком и формирующиепротеогликаны, и (2) фибриллярные белки, например коллаген. Как мы увидим,представители обоих классов сильно различаются по форме и размеру.Молекулы протеогликанов в соединительных тканях, как правило, образуютсильно гидратированное гелеподобное «основное вещество», в которое погруженыфибриллярные белки. Полисахаридный гель обеспечивает механическое сопротивление ткани, одновременно позволяя питательным веществам, метаболитам и гормонамбыстро переходить из кровеносного русла в клетки ткани и обратно.
Коллагеновыеволокна усиливают матрикс и упорядочивают его, а другие фибриллярные белки, например эластин, придают ему упругость. Наконец, многие белки матрикса помогаютклеткам достичь своего места назначения, осесть в нем и дифференцироваться.19.6.2. Гликозаминогликановые цепи (GAG) занимают много местаи формируют гидратированный гельГликозаминогликаны (GAG) представляют собой неветвящиеся полисахаридныецепочки повторяющихся дисахаридных остатков. Называются они так потому, чтоодин из двух остатков в повторяющемся дисахариде всегда представляет собой аминосахар (N-ацетилглюкозамин или N-ацетилгалактозамин).
В большинстве случаеводин из этих аминосахаров сульфатирован, а второй представляет собой уроновуюкислоту (глюкуроновую или идуроновую). Наличие у многих сахарных остатковсульфатных или карбоксильных групп придает гликозаминогликанам большой отрицательный заряд (рис. 19.55); это наиболее отрицательно заряженные молекулы,вырабатываемые клетками животных. По типу сахарных остатков, типу связей междуними, а также по числу и положению сульфатных групп различают четыре главныегруппы гликозаминогликанов; это 1) гиалуроновая кислота, 2) хондроитинсульфати дерматансульфат, 3) гепарансульфат и 4) кератансульфат.Полисахаридные цепи слишком жесткие и не могут свернуться в компактнуюглобулу, подобно многим другим полипептидам. Таким образом, гликозаминогликаны стремятся принять вытянутую конформацию, занимая огромный для своей массыобъем (рис. 19.56) и образуют гели даже в очень низких концентрациях. Количествогликозаминогликанов в соединительной ткани обычно составляет менее 10 % от содержания фибриллярных белков.
Однако благодаря своей способности к гелеобразованиюгликозаминогликановые цепи занимают бóльшую часть внеклеточного пространства.Благодаря высокой плотности отрицательных зарядов их молекулы притягивают мно-19.6. Внеклеточный матрикс соединительных тканей животных 1809Рис. 19.55. Повторяющаяся дисахаридная последовательность гепарансульфата. Цепочки этого гликозаминогликана могут содержать вплоть до 200 дисахаридных единиц, однако обычно ее длина не превышаети половины этого значения. Благодаря карбоксильным и сульфатным группам вдоль цепи скапливаетсяотрицательный заряд.
Все протеогликаны базальной мембраны: перлекан, дистрогликан и коллагенXVIII типа, — несут на себе цепочки гепарансульфата. Представленная на рисунке молекула содержит максимальное число сульфатных групп. In vivo доля сульфатированных и несульфатированных групп изменяется.Например, гепарин содержит более 70 % сульфатированных групп, а гепарансульфат — менее 50 %.жество таких осмотически активных ионов, как Na+, что ведет к насасыванию в матриксбольшого количества воды. Это создает давление (тургорное давление), позволяющеематриксу противостоять сжимающим силам (в противоположность коллагеновым волокнам, противодействующим растяжению). Например, матрикс хряща, выстилающегоколенный сустав, может выдерживать давление в несколько сот атмосфер.Нарушения выработки гликозаминогликанов могут сказываться на различныхсистемах органов. К примеру, у больных одним редким генетическим заболеванием нарушен синтез дисахаридной единицы дерматансульфата.
Для таких пациентов характерен низкийрост, они выглядят преждевременно состарившимисяи страдают от различных дефектов кожи, суставов,мышц и костей.У беспозвоночных, растений и грибов во внеклеточном матриксе зачастую преобладают не гликозаминогликаны, а другие типы полисахаридов. Так,у высших растений, как мы обсудим далее, основнойкомпонент клеточной стенки образован целлюлозными(полиглюкозными) цепочками, плотно упакованныминаподобие лент. У насекомых, ракообразных и другихчленистоногих в роли главного компонента экзоскелетавыступает хитин (поли-N-ацетилглюкозамин).
Грибытакже строят свою клеточную стенку в основном из хитина. Целлюлоза и хитин являются самыми распространенными биополимерами на Земле.Рис. 19.56. Относительные размеры различных молекул. Показанынесколько белков, гранула гликогена и отдельная молекула гиалуроновой кислоты. MМ — молекулярная масса.1810Часть 5. Клетки в контексте их совокупности19.6.3. Гиалуронаны действуют как пространственный фильтри облегчают миграцию клеток при морфогенезе ткании ее восстановленииГиалуронан (также называемый гиалуроновой кислотой, или гиалуронатом)является простейшим гликозаминогликаном (рис.
19.57). Он состоит из регулярнойпоследовательности длиной до 25 000 дисахаридных остатков, обнаружен в разномколичестве во всех тканях и жидкостях взрослого животного и особенно хорошовыражен у эмбрионов на ранних стадиях развития. В отличие от других гликозаминогликанов, он не содержит сульфатированных сахаров, все его дисахаридныеостатки идентичны, цепочки его необычайно длинны (тысячи мономеров) и, какправило, не связаны ковалентно с каким-либо белком.
Более того, другие гликозаминогликаны синтезируются внутри клетки и выходят наружу путем экзоцитоза,а гиалуронан синтезируется непосредственно на поверхности клетки ферментнымкомплексом, находящимся в плазматической мембране.Считается, что гиалуронан обеспечивает дополнительное сопротивление силамсжатия в тканях и суставах.
В процессе эмбрионального развития он заполняетпространство, стимулируя морфогенез, поскольку малое его количество, всасываяводу, расширяется и занимает большой объем (см. рис. 19.56). Гиалуронан, синтезированный локально с базальной стороны эпителия, может его деформировать,создавая в этом месте бесклеточное пространство, куда клетки могут мигрировать.Например, в развивающемся сердце синтез гиалуронана таким образом способствует формированию клапанов и перегородок между камерами сердца. Аналогичныепроцессы происходят и в некоторых других органах.
Когда миграция клеток прекращается, избыточный гиалуронан удаляется с помощью фермента гиалуронидазы.Кроме того, гиалуронан вырабатывается в больших количествах при заживлении рани является важным компонентов суставной жидкости, действующей как смазка.При выполнении многих своих функций гиалуронан специфически взаимодействует с другими молекулами, в том числе белками и протеогликанами.
Неко-Рис. 19.57. Повторяющаяся дисахаридная последовательность гиалуроновой кислоты относительнопросто устроенного гликозаминогликана. Эта широко распространенная у позвоночных молекула состоит из единственной длинной цепи, включающей вплоть до 25 000 остатков сахара. Обратите вниманиена отсутствие сульфатных групп.19.6.
Внеклеточный матрикс соединительных тканей животных 1811торые из этих молекул являются компонентами внеклеточного матрикса, а другиефиксированы на поверхности клеток.19.6.4. Протеогликаны представляют собой гликозаминогликановыецепи, ковалентно сшитые с белкомЗа исключением гиалуроновой кислоты, все гликозаминогликаны ковалентно связаны с белком в форме протеогликанов. Протеогликаны вырабатываютсябольшинством животных клеток. Кóровый белок протеогликана синтезируется нарибосомах, связанных с мембранами, и «протаскивается» через мембрану в просветэндоплазматического ретикулума. Полисахаридные цепи добавляются к белку,главным образом в аппарате Гольджи, до момента их экзоцитоза.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
