Клетки как дискретные структуры отделены от окружения оболочкой. Основу клеточной оболочки (плазмалемма) составляет мембрана. Изнутри к мембране примыкает кортикальный (корковый) слой цитоплазмы (0,1-0,5 мкм), лишенный рибосом и пузырьков, но богатый цитоскелетными структурами — микротрубочками и микрофила-ментами, имеющими в своем составе сократимые белки. Наличие таких белков обусловливает участие этих структур в двигательной функции. Белки цитоскелетных образований связаны с интегральными мембранными белками (см. п. 2.4.1).
Снаружи мембрана клеточной оболочки покрыта гликокаликсом (10-20 нм). В его основе — комплексы белков с углеводами (глико-протеиды), жирами (липопротеиды) и жиров с углеводами (глико-липиды). Белковые и липидные участки комплексов находятся внутри мембраны или в связи с ней, тогда как углеводные «выдвинуты» во внеклеточный матрикс (внеклеточная или околоклеточная среда — часть внутренней среды организма). Такая структура плазмалеммы обеспечивает избирательное взаимодействие клеток друг с другом, а также с факторами внутренней среды организма.
Среди этих факторов важная роль принадлежит сигнальным молекулам (лиганды). Белки клеточных оболочек, являющиеся мишенями для сигнальных молекул, составляют семейство рецепторных белков или рецепторов. В результате их взаимодействия с сигнальными молекулами образуется лиганд-рецепторный комплекс, который активирует внутриклеточный сигнальный путь (сигналлинг). В итоге достигается необходимая реакция клеток-мишеней: активируются гены и, следовательно, образуются требуемые белки, изменяется интенсивность энергетического обмена, запускаются клеточная пролиферация, дифференцировка, апоптоз. К этому семейству относятся
адренорецепторы, взаимодействующие с таким лигандом, как гормон мозгового вещества надпочечников адреналин (рис. 2.7). Адреналин как сигнальная молекула выполняет функцию первичного внеклеточного мессенджера (англ. messenger — посланник, гонец, посредник; здесь и ниже — агент, доставляющий к клетке или передающий внутри нее сигнал, побуждающий к определенному действию или изменению состояния). Образующийся гормон-рецепторный комплекс запускает внутриклеточный сигнальный путь, начинающийся с белка-преобразователя (семейство G-белков). Активированный G-белок (на рис. 2.7 не показан) передает сигнал на фермент аденилатциклазу с образованием из АТФ циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). Последний в качестве вторичного внутриклеточного мессенджера активирует фермент протеинкиназу, катализирующую фосфорили-рование других ферментов. Перейдя благодаря фосфорилированию в функционально активное состояние, эти ферменты обеспечивают метаболический или иной ответ. Описанная последовательность событий соответствует, например, ситуации, когда животное попадает в экстремальные условия и вынуждено вступить в борьбу или обратиться в бегство («кошка — собака»). Адекватный ответ здесь состоит в выбросе из клеток печени в кровь глюкозы с активацией распада гликогена в мыш-
Рис. 2.7. Гормональная регуляция клеточной деятельности с участием рецепторов плазмалеммы
цах, что решает проблему покрытия возросших энергозатрат. В других случаях образование комплекса «адреналин-адренорецептор» и, далее, цАМФ приводит к активации промоторов, запускающих транскрипцию цАМФ-индуцибильных (-зависимых) генов с образованием соответствующих белков.
Реакция клетки на сигнальные молекулы (лиганды) зависит от наличия в плазмалемме рецепторного белка, а содержание клеточного ответа — от разновидности рецептора, активируемого сигнального пути и/или типа клетки. G-белки активируют образование не только цАМФ, но и других вторичных мессенджеров, которыми служат циклический гуано-зинмонофосфат (цГМФ), оксид азота (NO), ионы Са2+, липид диацилгли-церин (ДАГ). Некоторые внутриклеточные сигнальные пути запускаются с рецепторов плазмалеммы без участия вторичных мессенджеров.
Лиганд-рецепторные взаимодействия представляют собой ключевой элемент межклеточного общения, без которого невозможна жизнедеятельность многоклеточного живого существа.
Белки клеточных оболочек многочисленны и разнообразны: в плаз-малемме эритроцитов, например, их не менее 100. Классификация этих белков имеет функциональную основу — рецепторные, о которых речь шла выше, структурные, транспортные, обеспечивающие взаимодействия как межклеточные, так и клеток и околоклеточного окружения (внеклеточного матрикса) и др.
Структурные белки плазмалеммы во взаимодействии с цитоске-летными образованиями участвуют в поддержании формы клеток, допуская ее обратимые изменения. В обеспечении специфической формы эритроцита (двояковогнутый диск) важная роль принадлежит белку спектрину, волоконца которого образуют субплазмалеммальный при-мембранный каркас. Мутации по гену спектрина фенотипически проявляются в изменении формы эритроцитов, а клинически — в развитии наследственных болезней красной крови сфероцитоза и эллиптоцитоза.
Необходимым условием жизнедеятельности клеток является чрез-мембранный транспорт веществ, который должен быть избирательным и иметь скорость, соответствующую метаболическим потребностям. Эти задачи решаются благодаря специализированным транспортным системам с участием в них представителей семейства транспортных белков. К семейству относится, в частности, белок анионного канала в мембране эритроцита, посредством которого в соответствии с концентрационными градиентами происходит обмен ионами Cl- и HCO3- между плазмой крови и красными кровяными тельцами в тканях и в легких.
Многие белки клеточных оболочек являются антигенами. Наличие помеченных распознаваемым под микроскопом «зондом» (флюоресцентный краситель) моноклональных антител, образующих комплекс исключительно со «своим» антигеном, позволяет использовать антигенные белки клеточных оболочек в качестве маркеров клеток определенного типа (белок CD19 — маркер В-лимфоцитов человека), их положения в гистогенетическом ряду (антигенными маркерами родона-чальных клеток всех клеточных элементов периферической крови являются белки CD34 и CD133, клеток лейкоцитарного ряда — CD33, клеток эритроцитарного ряда — CD36) или функционального состояния (белок CD95 участвует в передаче клетке сигнала к апоптозу).
Некоторые белки, в том числе с антигенными свойствами, использованы природой в процессе коэволюции видов при формировании биоценозов. Они, в частности, обеспечивают проникновение в клетки животных и человека внутриклеточных патогенов: одноклеточных паразитов (CD234 — возбудитель трехдневной малярии Plasmodium vivax; β1-интегрин из группы адгезивных белков — возбудитель городского трипаносомоза или болезни Чагаса Trypanosoma cruzi), бактерий (CD46 — Streptococcus pyogenes группы А), вирусов (CD4 и CD45 — ВИЧ; CD46 — корь).
Маркеры CD («кластеры дифференцировки» — от англ. cluster of differentiation) используют в диагностических и/или прогностических целях. Клетки злокачественных опухолей различной локализации образуют конкретные белки-антигены: CD24 типичен для клеток мелкоклеточного рака легких, CD87 — рака молочной железы, кишечника, простаты. Уровень синтеза CD82 коррелирует со скоростью метастази-рования раковых клеток ряда опухолей, а наличие CD9 типично для пониженного уровня метастазирования клеток при раке молочной железы и меланоме. Избирательное образование представителей семейства CD наблюдается при болезнях неонкологической природы: например, при одной из форм цирроза печени — первичном биллиарном — снижен синтез CD26.
При перспективности научно-практического направления, как такового, индикаторный потенциал большинства маркеров CD, прежде всего в онкологии, где требуется высочайший уровень ответственности перед пациентом, на настоящее время ниже желаемого и не дает оснований для бесспорных диагностических заключений.