Том 3 (1129748), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Так, антитела к продуктам протеолитического расщепления окрашиваютматрикс лишь в непосредственной близости от клеток. Многие из этих протеаз принадлежат к одному из двух больших классов. Большинство из них являются металло‑протеазами матрикса, и для их активности необходимы связанные Ca2+ и Zn2+; другиепредставляют собой сериновые протеазы, у которых в активном центре имеется высокореакционно-способный остаток серина. Металлопротеазы и сериновые протеазы совместно расщепляют коллаген, ламинин и фибронектин.
Некоторые металлопротеазы,например коллагеназы, высокоспецифичны и расщепляют лишь определенные белкив небольшом количестве сайтов протеолиза. Таким образом, структурная целостностьматрикса сохраняется, а степень протеолиза достаточна для миграции клеток. Другие1830Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиметаллопротеазы менее специфичны, однако они заякорены на плазматической мембране, поэтому действуют лишь там, где это нужно; металлопротеазы именно этоготипа обеспечивают способность к делению у клеток, окруженных матриксом.Очевидно, что активность протеаз, расщепляющих компоненты матрикса,должна строго контролироваться, иначе организм превратится в бесформеннуюгруду материала.
В этом участвуют три основных механизма.Локальная активация. Многие протеазы вырабатываются в виде неактивныхпредшественников, способных локально активироваться там, где нужно. В качествепримера можно привести плазминоген, неактивный предшественник протеазы, в большом количестве содержащийся в крови. Специальные протеазы — активаторы плазминогена —разрезают плазминоген, в результате чего получается активная сериноваяпротеаза плазмин, которая участвует в тромболизе. Тканевой активатор плазминогена(tissue-type plasminogen activator, tPA) часто вводят пациентам сразу после сердечногоприступа или тромботического инсульта; он способствует рассасыванию артериальноготромба, вызвавшего приступ, восстанавливая приток крови к ткани.Захват поверхностными рецепторами.
У многих клеток на поверхности естьрецепторы, связывающие протеазы там, где они необходимы. Урокиназный активатор плазминогена (urokinase-type plasminogen activator, uPA) связывается с рецепторами на растущих концах аксона и на ведущем крае некоторых мигрирующихклеток и, возможно, помогает им «расчищать путь». Возможно также, что связанныйс рецептором uPA способствует метастазированию раковых клеток (рис. 19.75).Рис.
19.75. Роль протеаз, связанных с рецепторами на поверхности клетки. а) Клетки рака простатычеловека синтезируют и выделяют сериновую протеазу uPA, которая связывается с белками-рецепторамиuPA на поверхности клетки. б) Те же клетки, содержащие ДНК, которая кодирует неактивную формуuPA. Неактивный белок связывается с uPA-рецепторами, но не обладает протеазной активностью; приэтом он вырабатывается в избытке.
Занимая бóльшую часть uPA-рецепторов, неактивная uPA не даетактивной форме связаться с поверхностью клетки. Клетки обоих типов синтезируют активную форму uPA,быстро растут и образуют опухоли при их введении экспериментальным животным. Однако клетки (а)метастазируют, а клетки (б) — нет. Для метастазирования через кровь опухолевым клеткам необходимопройти сквозь базальную мембрану и другие виды матрикса, протискиваясь к кровеносному сосуду и привыходе из него. Эти эксперименты свидетельствуют о том, что для облегчения миграции по матриксупротеазы должны быть связаны с поверхностью клеток.19.6.
Внеклеточный матрикс соединительных тканей животных 1831Секреция ингибиторов: область действия протеаз ограничивают различныевыделяемые во внеклеточное пространство ингибиторы, в том числе тканевыеингибиторы металлопротеаз (tissue inhibitors of metalloproteases, TIMP) и ингибиторы сериновых протеаз — серпины. Ингибиторы являются специфичными ксоответствующей протеазе и прочно связываются с активным ферментом, блокируяего активность. Интересно, что ингибиторы выделяются клетками, находящимисяна границе области активного разрушения матрикса, защищая те участки, которыеследует сохранить; они также могут защищать поверхностные белки, необходимыедля миграции и установления контактов. Повышенная экспрессия TIMP подавляетмиграцию клеток некоторых типов, что свидетельствует о важной роли металлопротеаз в этом процессе.ЗаключениеКлетки соединительной ткани окружены сложно устроенным внеклеточнымматриксом, который не только объединяет их в единое целое, но и влияет на ихвыживание, развитие, форму, полярность и передвижение.
В состав матриксавходят различные белковые волокна, которые вплетаются в гидратированныйгель, образованный сетью гликозаминогликановых цепочек.Гликозаминогликаны представляют собой неоднородную группу отрицательно заряженных полисахаридных цепочек, образующих в связи с белкоммолекулу протеогликана (за исключением гиалуроновой кислоты). К отрицательным зарядам притягиваются осмоактивные катионы, которые насасываютводу в матрикс и удерживают его в набухшем состоянии. Поэтому матриксзанимает большой объем внеклеточного пространства. На поверхности клетоктакже обнаружены протеогликаны, часто действующие как корецепторы, способствующие реакции клетки на секретируемые сигнальные белки.Фибриллообразующие белки придают матриксу прочность и устойчивостьк деформациям. Они также формируют структуры, к которым прикрепляютсяклетки.
Часто в этом участвуют большие мультидоменные гликопротеины,например ламинин и фибронектин, у которых есть множественные сайтысвязывания с интегринами, находящимися на поверхности клеток. Упругостьобеспечивается молекулами эластина, которые формируют обширную сеть волокон и слоев, способную растягиваться и возвращаться в исходное состояние.Фибриллярные коллагены (коллагены типа I, II, III, V и XI) обеспечивают высокий предел прочности на разрыв. Эти трехцепочечные молекулы, скрученныенаподобие каната, во внеклеточном пространстве могут агрегировать с образованием длинных фибрилл.
В свою очередь, эти фибриллы могут объединятьсяразличным образом. Коллагены, ассоциированные с фибриллами, например коллагены IX и XII типов, связаны с поверхностью коллагеновых фибрилл и влияютна их взаимодействие друг с другом и другими компонентами матрикса.Компоненты матрикса могут расщепляться внеклеточными протеолитическими ферментами. Большую часть этих ферментов составляют металлопротеазы, для функционирования которых необходимы связанные ионы Ca2+и Zn2+. Другие являются сериновыми протеазами, у которых в активном центреимеется высоко реакционно-способный сериновый остаток. Деградация компонентов матрикса всесторонне контролируется, и клетки могут, к примеру,локально разрушать матрикс, чтобы «расчистить» себе дорогу сквозь него.1832Часть 5. Клетки в контексте их совокупности19.7. Клеточная стенка растенийКаждая растительная клетка выстраивает вокруг себя сложно организованноематриксное образование, называемое растительной клеточной стенкой.
Именнотолстые клеточные стенки пробкового дуба, увиденные в примитивный микроскоп,в 1663 г. впервые навели Роберта Гука на мысль о клетках и побудили его дать имназвание. Стенки соседних растительных клеток, спаянные друг с другом так, чтовместе они образуют целое растение (рис. 19.76), как правило, толще, прочнее и,что важнее всего, жестче внеклеточного матрикса у животных. С возникновениемотносительно твердых клеточных стенок, достигающих порою многих микронв толщину, растения утеряли способность перемещаться и освоили прикрепленныйобраз жизни, свойственный практически всем ныне существующим растениям.19.7.1. Состав клеточной стенки зависит от типа самой клеткиВсе клеточные стенки растений возникают при делении клеток в тот момент,когда на стадии цитокинеза формируется клеточная пластинка, разделяющаяновые дочерние клетки (см.
главу 17). Новые клетки обычно возникают в осо-Рис. 19.76. Клеточная стенка растительных клеток. а) Электронная микрофотография клеток кончикакорня у камыша. Видна регулярная структура, обусловленная строгой последовательностью деленияклеток с жесткими стенками. У этих растущих клеток стенки еще довольно тонкие и выглядят как черныелинии, разграничивающие клетки.
б) Срез типичной клеточной стенки, разделяющей две смежные клеткирастения. Две темные полоски, пересекающие стенку, — плазмодесмы (см. рис. 19.38). (а — предоставлено C. Busby and B. Gunning, Eur. J. Cell Biol. 21: 214–233, 1980. С разрешения издательства Elsevier;б — предоставлено Jeremy Burgess.)19.7. Клеточная стенка растений 1833бых участках, называемых меристемами (см. главу 22), и, как правило, малыпо сравнению с клетками на завершающей стадии жизни. Для того, чтобы бытьспособными приспосабливаться к растущей клетке, стенки молодых клеток, называемые первичными клеточными стенками, являются тонкими и растяжимыми,хотя и достаточно прочными. Когда рост прекращается, клеткам больше не нужнорастягиваться: иногда первичная стенка остается без изменений, но чаще всегоона заменяется твердой вторичной клеточной стенкой, возникающей в результатеотложения новых слоев матрикса внутри предыдущих.
Состав новых слоев, какправило, значительно отличается от состава первичной клеточной стенки. Наиболеешироко распространенный добавочный полимер вторичной клеточной стенки —лигнин, представляющий собой сложную сеть ковалентно связанных фенольныхсоединений. Он обнаружен в стенках сосудов ксилемы и древесинных волокон.Хотя клеточные стенки высших растений сильно различаются как по составу,так и по внутренней организации, их устройство, так же как и в случае матриксаживотных тканей, подчиняется основному принципу, свойственному всем волокнистым материалам, включая стекловолокно и железобетон: один компонентобеспечивает прочность на разрыв, а другой, в который вплетен первый, сопротивляется сжатию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
