Признаки живой материи биология. Отличительные признаки живой материи

Многочисленные эксперименты свидетельствуют, что некоторая компонента ССИ не побочный продукт метаболизма, но может играть функциональную роль и является основой некоторых нехимических взаимодействий биосистем. Об этом свидетельствовали еще известные опыты А.Г. Гурвича с корешками лука [Гурвич, 1945] и другие его работы по митогенетическому излучению.

Феномен дистантных, т.е. без непосредственного контакта и неопосредованных химически, межклеточных взаимодействий (ДМВ) был строго установлен и исследован В.П. Казначеевым с сотрудниками в опытах с «зеркальным» цитопатическим эффектом [Казначеев и др., 1979, 1980; Казначеев и Михайлова, 1981, 1985]. Находящиеся под воздействием экстремальных факторов физической, химической или биологической природы клетки вызывали в клеточной культуре- реципиенте (помещенной в соседнюю с первой изолированную камеру и не подвергаемой воздействию этих факторов) морфологические изменения, аналогичные изменениям в первой клеточной культуре- индукторе (с достоверным значением вероятности 70-78 %). Взаимодействие клеточных культур осуществлялось только посредством сверхслабого электромагнитного излучения самих клеток через кварцевую (или слюдяную) пластинку, прозрачную в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах. В этих опытах впервые удалось полностью исключить химическую компоненту ДМВ. ДМВ были исследованы также в модели, позволяющей рассмотреть роль электромагнитного излучения в жизненном цикле клетки в отличие от модели экстремального воздействия на клеточную систему. По мере разнесения культур или при утолщении кварцевых и слюдяных подложек эффективность связи падает, что означает, что эффективность проявления зеркального цитопатического эффекта зависит от поглощения и рассеивания электромагнитных волн - носителей информации. Отметим следующие свойства зеркального эффекта [Там же]: 1. Зеркальный цитопатический эффект максимально проявляется в парах из гомологичных клеточных культур, слабее - в близкородственных клетках, в гетерогенных, генетически далеко отстоящих друг от друга зеркального цитопатического эффекта нет. 2. Здоровые клетки, воспринявшие информацию пораженных клеточных культур, будучи в контакте со следующей новой здоровой культурой, способны передавать ее дальше; зеркальный эффект обладает способностью пассироваться с постепенным угасанием до 3-4 пассажа. 3. Проявление эффекта зависит от географической широты, солнечной активности и геомагнитной обстановки.

Один из возможных общих подходов к постановке и исследованию вопросов данного рода выдвинут В.П. Казначеевым. Согласно концепции В.П. Казначеева [Там же], биосистема (клетка) может быть представлена как неравновесная фотонная констелляция, существующая за счет притока энергии извне. Чисто химический механизм межклеточной и внутриклеточной связи может быть не первичным, а следствием более сложных процессов. Функционирующая клетка является источником и носителем сложного электромагнитного поля, структура которого порождается биохимическими процессами, и управляет всей метаболической деятельностью клетки. (Мембраны можно рассматривать как основную структуру - носитель неравновесной фотонной констелляции.) Фотонные констелляции могут рассматриваться как первичный субстрат самой жизни, не как проявление вторичного способа передачи биологической информации. Данная констелляция имеет высокую степень надежности и является информационно- регулирующей системой клетки. Предположительно в макромоле- кулярной белково-нуклеиновой форме живого вещества (клеток) присутствуют другие - квантово-полевые - формы живого вещества, обладающие способностью перемещаться в оптической среде в другие непораженные макромолекулярные белково-нуклеиновые организации, изменять их состояние и вновь перемещаться, при этом из одной клеточной культуры в другую осуществляется поток предполагаемой формы живого вещества. Таким образом, суть живого вещества полевая. Это значит, что материальный поток в существующей электромагнитной земной среде в своем движении, попадая в заселенное атомами и молекулами пространство, при соответствующих физико-химических условиях строит из них вторичную сложную макромолекулярную структуру. Эти структуры могут мигрировать при соответствующих условиях из одной мак- ромолекулярной структуры (клетки, живые организмы) в другую, взаимодействовать друг с другом, изменять вторичные биохимические свойства.

Заметим, что эту концепцию подтверждают результаты экспериментов Л. Монтенье (пп. 2.2).

Дистантные взаимодействия, опосредуемые ССИ в диапазоне от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного, воздействуют на активность энзимов [Баскаков и Воейков, 1996], активность и морфологию клеток и тканей [Казначеев и Михайлова, 1985], жизненный цикл клетки [Там же], регулируют локомоцию и взаимную ориентацию клеток , определяют скорость развития эмбрионов и их морфологические черты [Бурлаков и др., 1999а, 1999b], участвуют во взаимодействии нейтрофилов и образцов цельной крови . Дистантные взаимодействия (ДВ) не ограничиваются односторонним действием одной биологической системы на другую, но включают в себя и двустороннее взаимодействие двух химически изолированных биологических систем [Там же], а также «самовоздействие» [Бурков и др., 2008]. ДВ обнаружены между клетками не только эукариот, но и бактерий [Николаев, 1992]. ДВ имеют место на организменном уровне , на уровне популяций [Бурлаков и др., 1999; Volodyaev and Beloussov, 2007] и, возможно, экосистем .

Следует отметить, что ДВ достаточно слабы, зависят от многих факторов и в ряде случаев возникают трудности с контролем условий экспериментов и воспроизводимостью их результатов. Тем не менее излучение для самой биосистемы может служить ее внутренней системой передачи информации, «атрибутом жизни» [Казначеев и Михайлова, 1985]. С этой точки зрения изучение ДВ важно для понимания координации именно внутриклеточных молекулярных процессов, контроля активности протеинов и координации генетической и биохимической систем, поддерживающих гомеостаз.

Вопрос о функциональной роли ССИ до сих пор дискуссионный, но в любом случае установлено, что ССИ отражает биологическое состояние организмов и их популяционных взаимодействий .

Наша лаборатория биофизики начала исследования так называемых дистантных межклеточных взаимодействий очень давно, более 20 лет назад. Сейчас такой термин уже хорошо известен, потому что довольно долго эти работы в Союзе судили-рядили... Гораздо лучше их восприняли за рубежом. Речь идет о работах по изучению взаимодействий на расстоянии клеточных культур, связанных только оптическими контактами. Не буду подробно на этом останавливаться, напомню лишь, что по данному вопросу написан целый ряд научных работ, в том числе две монографии.

Так как в наших экспериментах одна из клеточных культур могла воспринимать воздействие другой (детектор), пораженной каким-то агентом, то мы эту клеточную культуру (индуктор) назвали биоиндикатором и проводили эксперименты по биоиндикации различных воздействий. Первые исследования были связаны с биоиндикацией гелиогеофизических факторов, когда наш клеточный монослой, выращенный на стеклянной подложке, с определенным количеством клеток (они фактически представляют собой физиологическую систему) довольно четко улавливал влияние гелиогеофизической обстановки, особенно на Крайнем Севере. Эксперименты проводились на Диксоне и в Норильске.

Затем биоиндикация пошла дальше. Началось изучение вопросов сенсорики. Мы решили посмотреть, как клеточная культура будет "работать" под влиянием воздействия человека. Было проведено достаточно много экспериментов с различными операторами - экстрасенсами. Первым стал А.А. Деев. Надо сказать, что дистантный клеточный эффект в экспериментах двух культур наблюдается на коротком расстоянии (примерно в 1 миллиметр). Дееву в системе оператор-культура удалось "растянуть" расстояние взаимодействия до 5 метров.

Эксперимент с клеточными культурами заключался в следующем. К стеклянной колбе, дном которой являлась кварцевая пластина с выращенной на ней клеточной культурой, присоединялась другая колба с кварцевой пластинкой, на которой тоже выращивались клетки. Связаны они только оптическим каналом - дно одной колбы присоединялось к дну другой. Одна из культур либо заражалась вирусом, либо поражалась радиацией, либо в нее вносили яд, а другая культура (зеркальная) в результате получала от нее некий сигнал. Мы не знаем, какого рода этот сигнал. Не исключена возможность электромагнитной причины. Зеркальная культура откликалась той же морфологической картиной (поражением), что и культура-индуктор в первой колбе. В следующих сериях экспериментов в системе оператор-культура одну из культур поражали, в частности, сулемой, а другую, зеркальную, относили метров на 5 в соседнее помещение. Так вот Дееву удалось перенести сигнал с одной культуры на другую. Замечу, что затем, методом биоиндикации с помощью рамки он совершенно свободно определял, какая из 50 поставленных колб поражена ядом, какая культура выросла плохо, а какая хорошо. Был проведен опыт, при котором мы поразили одну из клеточных культур смертельной дозой сулемы. Эта доза была подобрана так, чтобы смертельный исход наступал за 9 суток. Дееву в восьми культурах из двадцати удалось остановить сулемовое поражение. Другими словами, клетки этих культур остались здоровыми, а 12 контрольных культур погибли. В другом эксперименте здоровых клеток было еще больше.

Следует подчеркнуть, что контрольные пробы при наших экспериментах переносили очень далеко (возможное спонтанное влияние различных сред). Когда мы работали, в частности, с Деевым, то контрольные пробы возили в течение двух часов в метро. Причем наши лаборанты ездили по разным направлениям, случайным образом выбранным.

Кроме Деева мы работали с Джуной Давиташвили. Она через свои руки производила воздействие биополем на монослой клеток. Расстояние от ее рук до клеточной культуры составляло примерно 10-15 сантиметров, время воздействия - около 10 минут. Потом мы тщательно фиксировали рост этих обработанных клеток. Во всех проведенных таким образом экспериментах в 20-30 процентах случаев было четко зафиксировано повышенное количество митозов - клетки активно делились. Патологических митозов не отмечалось.

Мы решили установить также, может ли оператор-экстрасенс задавать клеточным культурам некую программу? Например, программу типа: "Я хочу вот эти клетки подавить" или "Я хочу, чтобы эти клетки росли хорошо". Оператор Васильева из Омска смогла реализовать подобную программу. Она спрашивала нас: "Можно я просто над ними помечтаю?". Потом говорила, обращаясь к клеткам: "Мы с вами на берегу моря, нам хорошо, радостно, тепло, легко, дышится". Клетки росли при этом значительно лучше, количество митозов увеличивалось на 50 процентов, монослой становился ярким. А когда она начинала говорить "гроза, холодно, мороз" рост клеток останавливался. Было еще несколько операторов, которые смогли осуществить программу подобного типа, но основная масса операторов не может настроить себя на угнетение клеток. Видимо, это связано с тем, что большинство из них привыкли помогать людям. Они заставляли себя угнетать живые клеточные системы, но оказывалось, все-таки работали на активизацию роста клеток.

С нами работал также москвич Е.А. Дубицкий, известный, кстати, своими успешными опытами из серии "человек-прибор". Эксперименты с его участием проводились в Новосибирске. В них использовались органные структуры - клетки печени, легких, сердца, глаза, кожи. Это были клетки человека и мыши. Угнетение удалось получить всего один раз на клетках печени, видимо, потому что печень оказывается более ранима во всех экспериментах. В основном же везде была замечена активизация роста клеток. Дубицкий смог вызвать эту активизацию на расстоянии в 30 километров, из гостиницы. Мы звонили ему по телефону и говорили - препарат стоит на столе, мы вас просим начать; Сами мы не знали при этом, какую именно работу будет проводить с клетками оператор. Мы просто говорили ему по телефону: "Постарайтесь поработать в двух программах". Мы даже не знали, какую программу он будет реализовывать в данный момент. Но эффект мы получали. В контрольных культурах эффекта не наблюдалось. За хорошую работу мы подарили Дубицкому тренажеры для дома .

Еще в одном эксперименте, проведенном в одной из лабораторий ИКЭМ, Дубицкий работал с тремя сериями клеток. Он воздействовал из Москвы на Новосибирск. Клетки помещались в пробирки, которые были обозначены красным, синим и зеленым маркером. Дубицкий сам выбирал пробирку какого-то цвета, находясь в Москве. Мы же во всех пробирках изучали степень синтеза РНК. Мы получили достоверную корреляцию воздействий при такой дальней связи.

Надо сказать, что подобные эксперименты требуют четкой, хорошо продуманной научной методики. Лишь в этом случае можно говорить о получении значимых научных результатов. Естественно, большой опыт проведения таких работ дает гарантию максимально возможного учета, так сказать, "побочных" факторов. В частности, одна из нас сама может влиять на рост клеточных культур. При совместной работе с Джуной мы получили в результате больший эффект.

Эксперименты в нашем Институте продолжаются и, думается, могут выявить много новых интересных и важных деталей эффекта дистантных взаимодействий.

Межклеточные взаимодействия - это взаимодействия клеток друг с другом. Могут быть как дистантными, на расстоянии, так и кон­тактными. Дистантные взаимодействия осуществляются при помощи ра­створимых веществ, секретируемых клетками в окружающую их среду и воз­действующих на другие клетки. Эти вещества называются медиаторами, или посредниками. В качестве медиаторов могут выступать гормоны, биогенные амины, антитела и многие дру­гие биологически активные вещества, эти вещества воздействуют на репепторный аппарат клеток, с которыми взаимодействует выделившая медиатор клетка. Следовательно, дистантные межклеточные взаимодействия опосре­дуют действие на клетки гормонов, имеют место при иммунном ответе, эм­бриональном развитии (эмбриональ­ная индукция, см. эмбриологию) и при многих других важных клеточных реакциях.

Кроме того, в многоклеточном организме все клетки связаны между собой при помощи межклеточных кон­тактов (контактные межклеточные взаимодействия). Контактные взаимо­действия состоят из нескольких фаз и включают как начальный этап дис­тантные взаимодействия:

1. Узнавание одной клеткой дру­гой клетки (может быть дистантным при посредстве медиаторов и контакт­ным при посредстве рецепторов).

2. Установление между клетками непрочных связей.

3. Формирование устойчивых меж­клеточных контактов. Вторая и третья фазы осуществляются при помощи мо­лекул клеточной адгезии.

Все межклеточные контакты делятся на три основных типа (рис. 3.15, 3.16):

1. Адгезионные контакты, которые механически соединяют клетки между собой. Основной тип адгезионных контактов - десмосомы. Быва­ют трех типов:

- точечные десмосомы (пятно десмосомы). Они скрепляют клетки в отдельных местах. При этом с внутренней стороны клеточных мембран двух

клеток находится электрошюплотная пластинка, связанная с сетью кератиновых микрофиламент. Эти филаменты заканчиваются в пластинке или проходят мдоль ее поверхности. Прилегающие друг к другу пластинки двух клеток соеди­нены через межклеточное пространство волокнами из белка неизвестной приро­ды. В межклеточном пространстве есть электронноплотный материал;

- опоясывающие десмосомы (зоны десмосомы). Они идут вблизи апи-кального конца клеток по их периметру в виде полосы. Эта полоса состоит из пучков актиновых филаментов, локализующихся со стороны цитоплаз­мы. В межклеточном пространстве есть электронноплотный материал;

- полудесмосомы. Представляют собой как бы половинку точечной десмосомы. Прикрепляют эпителиальные клетки к базальной мембране.

В функционировании адгезионных контактов важную роль играют адге­зионные молекулы, такие, как Е-кадгерин, дссмоколлины, десмоглеины и др.

2. Плотные контакты. Это разновидность замыкающих контактов. Данный тип контактов не только механически связывает клетки друг с другом, но и препятствует прохождению между ними молекул. В плот­ных контактах клеточные мембраны подходят друг к другу на расстояние до 5 нм и связываются друг с другом при помощи специальных белков.

3. Проводящие контакты. В этих контактах может осуществляться пе­редача малых молекул из одной клетки в другую. При этом мембраны двух клеток подходят друг к другу на расстояние до 3 нм и образуют ка­налы - коннексоны. Через коннексоны между клетками осуществляется свободный обмен низкомолекулярными веществами (электролитами, вита­минами, нуклеотидами, АТФ, сахарами, аминокислотами и др.). Таким образом, этот тип контактов играет важную роль не только в механичес­кой, но и в химической коммуникации клеток. Пример таких контактов - щелевые контакты: нексусы между мышечными клетками в гладкой и сер­дечной мускулатуре. При этом возбуждение передается с одной клетки на другую. Второй пример - синапсы - контакты между нервными клетками.

Кроме этих основных видов межклеточных контактов, выделяют так­же интердигитации - или межпальцевые соединения, когда цитоплазма с покрывающей ее цитолеммои одной клетки в виде пальца вклинивается в цитоплазму другой клетки и наоборот. Интердигитации резко увеличива­ют прочность межклеточных соединений, а кроме того, увеличивают пло­щадь межклеточных взаимодействий, благодаря чему возрастает межкле­точный обмен метаболитами.

Лекция по курсу «Цитология».
Автор-составитель: доцент кафедры анатомии,
физиологии человека и животных ФГБОУ ВПО «ЧГПУ»,
д.б.н. Ефимова Н.В.
Челябинск, 2012.

План лекции:

ПЛАН ЛЕКЦИИ:
1) Контактные взаимодействия клеток.
2) Дистантные взаимодействия клеток.

1 вопрос: Контактные взаимодействия клеток.

Роль межклеточных контактов в многоклеточном организме:

Существование
отдельных
жидкостных
компартменов
(сред) с разным
молекулярным
составом
является важным
для развития и
поддержания
многоклеточных
организмов.
Компартменты в многоклеточном организме выделяются с помощью
эпителиальных клеточных слоёв (пластов), которые функционируют
как барьеры для поддержания определенной внутренней среды
(гомеостаза) в каждом отдельном органе и организме в целом.

Межклеточные контакты – это …

… специализированные клеточные
структуры, скрепляющие клетки при
формировании тканей, создающие барьеры
проницаемости и служащие для
межклеточной коммуникации.

Функциональные типы МКК:

МКК
1. Замыкающие
(плотные)
контакты
2. Адгезивные
(прикрепительные)
контакты
3. Коммуникативные
(проводящие)
контакты

внешняя среда
внутренняя среда
формируют в слое
клеток барьер
проницаемости,
разделяющий
различные по
химическому составу
среды (например,
внешнюю и
внутреннюю среды) и
препятствующий
проникновению
веществ через
межклеточные
пространства.
zonula occludens = поясок замыкания

Примеры замыкающих контактов:

морула и трофобласт (эмриогенез),
альвеолоциты лёгких,
эндотелий сосудов,
эпителий кишечника и почек

I. Замыкающие (плотные) контакты:

0,6 мкм
расположены на
апикальных
поверхностях
клеток;
состоят из
непрерывных
цепочек белковых
молекул (клаудины
и окклюдины),
соединяющих
(«сшивающих»)
мембраны соседних
клеток.

10. Замыкающие (плотные) контакты

11. Функции плотных контактов:

1) Механически соединяют клетки эпителия между
собой → эпителиальный пласт.
2) Обеспечивают барьер проницаемости
парацеллюлярного (межклеточного) пути
транспорта большинства веществ через
эпителий, т.е. вещества избирательно
транспортируются только через мембраны и
цитоплазму клеток.
3) Сохраняется функциональная полярность клеток
эпителия. На апикальной (смотрящей в просвет
органа или на поверхность тела) поверхности
локализованы одни белки, а на базолатеральной
(нижне-боковой) - другие белки.

12. Количество Плотных Контактов коррелирует с проницаемостью эпителиев.

Эпителии с
небольшим
числом ПК
(почечные
канальцы
нефрона) более
проницаемы
для воды и
растворов, чем
эпителиис
многочисленными ПК
(мочевой
пузырь).

13. Плотные контакты:

Для поддержания целостности плотных контактов
необходимы двухвалентные катионы Mg2+ и Ca2+.
Контакты могут динамично перестраиваться
(вследствие изменений экспрессии и степени
полимеризации окклудина) и временно
размыкаться (например, для миграции лейкоцитов
через межклеточные пространства).

14. Транс-эндотелиальная миграция клеток: норма и патология …

Золотистый стафилококк проделывает
тоннель в эндотелии капилляров.

15. II. Адгезивные (прикрепительные) контакты

Механически скрепляют
клетки между собой,
с межклеточным матриксом
или базальной пластинкой.
Образуются между клетками
тех тканей, которые могут
подвергаться трению,
растяжению и другим
механическим воздействиям
(например, эпителиальные
клетки, клетки сердечной
мышцы).
0,1 мм

16. 2.1. Десмосома – самый распространённый и сложноорганизованный МКК:

Со стороны цитоплазмы к
десмосомам
прикрепляются
1 промежуточные
филаменты
(кератиновые или
десминовые) которые
формируют в цитоплазме
сеть, обладающую
большой прочностью на
разрыв.
Через десмосомы
промежуточные
филаменты соседних
клеток объединяются в
непрерывную сеть,
охватывающую всю ткань.

17. Ультраструктура десмосомы:

2
Десмосома в примембранном
пространстве представлена
пластинкой прикрепления, состоящей
из 12 типов адапторных белков
(десмоплакин), которые соединены
с промежуточными филаментами.
3 Белки клеточной адгезии,
Десмосома = пятно слипания
(macula adherens)
формирующие десмосомы кадгерины, являются
трансмембранными Са2+ связывающими белками;
обеспечивают гомофильное
соединение клеток, когда между
собой соединяются две одинаковые
по строению молекулы белка.

18. ДЕСМОСОМА

1) промежуточные филаменты
цитоскелета
(кератины,
десмины);
2) адапторные
белки
(десмоплакины);
3) адгезивные
трансмембранные
белки (кадгерины).

19. Разновидности десмосом:

С нарушением
функции десмосом
связаны кожные
болезни, которые
объединены под
названием
«пузырчатка»
(pemphigus).
Существуют 3 типа десмосом точечные, опоясывающие и
полудесмосомы (гемидесмосомы).
Точечная десмосома
представляет собой небольшую
площадку (диаметром до 0,5
мкм), соединяющую мембраны
двух соседних клеток. Количество
точечных десмосом на одной
клетке может достигать 2.000.
Полудесмосомы – контакты,
образующиеся между клетками и
внеклеточным матриксом.

20. С нарушением функции десмосом связаны кожные болезни, которые объединены под названием «пузырчатка» (pemphigus).

Обычно они имеют аутоиммунную природу, хотя
сходные патологии могут быть и наследственными.
При пузырчатке антитела атакуют белки десмосом десмоглеины. У больных образуются пузыри, так как слои
эпидермиса разрываются, часть его клеток гибнет, а в
образующиеся полости поступает межклеточная жидкость.
При нарушении функции гемидесмосом (полудесмосом)
развивается буллёзный эпидермолиз (врожденная, буллёзная
пузырчатка). При малейшем механическом воздействии
эпидермис кожи отстаёт от базальной пластинки, под ним
образуются пузыри с серозным или геморрагическим
содержимым. Одна из причин этого заболевания - мутации
гена коллагена XVII. Данный вариант заболевания
наследуется по аутосомно-рецессивному типу.

21. Симптомы пузырчатки:

Пузыри с серозным или
геморрагическим содержимым

22. 2.2. Поясок слипания:

1
2
Zonula adherens =
поясок слипания
Целиком окружает клетку и
обеспечивает прилипание
(адгезию) соседних клеток.
Со стороны цитоплазмы
формируется электронноплотными пластинками,
состоящими из актиновых
филаментов, «пришитых» к
плазмолемме
вспомогательными
адапторными белками (αактинин, винкулин, катенин).
В межмембранном
пространстве МКК обусловлен
взаимодействием
трансмембранных белков –
3 кадгеринов.

23. 2.3. Фокальные контакты клеток

Рецепторные белки матрикса связывают волокна
матрикса с рецепторами мембраны, которые в свою
очередь через линкерные (адаптерные) белки соединяются
с актиновыми филаментами цитоскелета, которые
могут натягивать контакт.

24. Сигнальная функция ФК

Индукция
размножения
актин
В фокальных контактах
содержатся также
специальные регуляторные
белки (киназы - К), которые
могут менять состояние и
прочность контакта.
Индукция
псевдоподий
Красным пунктиром обозначены гипотетические пути
проведения сигналов от фокальных контактов в клетку.
Через ряд промежуточных белков (красные круги) такие
пути могут активировать размножение клеток и вызывать
образование новых псевдоподий на поверхности клетки.

25. МКК и поведение клеток

Пролиферация
клеток

26. МКК и поведение клеток …

Сборка-разборка фокальных
контактов (ФК) происходит за 10120 мин, и эти структуры типичны для
относительно медленно двигающихся
клеток.

27. Фокальные контакты – необходимое условие миграции клеток …

Миграция клетки рака молочной железы.
Клетки костного мозга – СМхК (зеленый)
способны регенерировать кожу, в том
числе верхний слой эпидермиса
(красный).

28. Функции прикрепительных контактов:

Механически скрепляют клетки
между собой, с межклеточным
матриксом или базальной
пластинкой.
Стабилизируют цитоскелет, размеры и
форму клеток; поддерживают
структурную целостность ткани.
Обеспечивают двигательные реакции
клеток (амебоидное движение).
Участвуют в клеточном сигналлинге.
Рис. Цитоскелет кератиноцита.

29. Типы адгезивных (прикрепительных) контактов:

Адгезивные
контакты образуются
между (1) соседними
клетками (десмосомы,
пояски слипания) или
между (2) клетками и
межклеточным
веществом
(полудесмосомы,
фокальные контакты).

30. Типы адгезивных (прикрепительных) контактов:

МКК
Клетка + МО
Десмосома
Поясок слипания
Полудесмосома
Фокальный контакт
Трансмембранные белки:
кадгерины
интегрины
Белки цитоскелета:
промежуточные филаменты
актиновые микрофиламенты

31. МЕХАНИЧЕСКИЕ МКК:

32. III. Коммуникационные контакты:

Коммуникационные
МКК
1. Щелевые
контакты
(нексусы)
2. Синапсы

33. 3.1. Щелевые контакты (нексусы):

Нексусы – это способ
соединения клеток в
организме с помощью
белковых каналов
(коннексонов).
Через щелевые
контакты могут
непосредственно
передаваться от клетки
к клетке малые
молекулы (с
молекулярной массой
примерно до 1.000 Д).
Щелевые контакты (нексусы) обеспечивают ионное и
метаболическое сопряжение (взаимодействие) клеток.

34. 3.1. Щелевые контакты (нексусы):

Отдельные коннексоны
(по несколько десятков и сотен)
сосредоточены на
ограниченных по площади
участках мембран -бляшках
(англ. plaque) диаметром 0,5-1
мкм.
В области нексуса мембраны
соседних клеток сближены,
расстояние между ними
составляет 2-4 нм.
Структурную основу щелевого соединения (нексуса)
составляют коннексоны - каналы, образуемые шестью
белками-коннексинами.

35. Функции щелевых контактов:

В нервной системе щелевые
контакты - один из способов
передачи возбуждения между
нейронами (электрический
синапс).
В сердце щелевые контакты
соединяют кардиомиоциты
для обеспечения
синхронности сокращения
всех клеток одного отдела.
Электрическое сопряжение клеток

36. Электрический синапс …

37. Функции щелевых контактов:

Щелевые контакты соединяют
клетки фолликула с ооцитом и
разрушение этой связи является
одним из сигналов для овуляции
ооцита.
Химическое сопряжение клеток

38. Функции щелевых контактов:

Значительную роль в
функционировании
организма играют так
называемые полунексусы "половинки" щелевых
контактов, открытые в
межклеточное
пространство.
Например, они участвуют в
создании кальциевой волны в
эндотелии, выпуская АТФ из
клетки, что способствует
поддержанию кровяного
давления в сосуде.

39. Пуринэргическая система регуляции функций

Молекула АТФ,
известная прежде
всего как
универсальный
внутриклеточный
источник энергии,
выполняет также
коммуникативные
функции.

40. Пуринэргическая система регуляции функций

Рецепторы АТФ – это
натриевые и
кальциевые каналы.
Регулируемое АТФ
повышение [Са2+] в
клетке вызывает как
краткосрочные
(мышечное
сокращение), так и
долгосрочные эффекты
(изменение генной
экспрессии и,
например, клеточную
пролиферацию).

41. Действие АТФ на кровеносную систему

Эффект АТФ –
сужение сосуда
и АД
В синапсах СНСмы в щель высвобождаются
АТФ и нейромедиатор - норадреналин.
АТФ активирует рецепторы на стенках
кровеносного сосуда и вызывает их быстрое
сужение → АД повышается.

42. Действие АТФ на кровеносную систему

Увеличение тока крови
вызывает сдвиг
эндотелиальных клеток
сосуда, что приводит к
высвобождению АТФ,
которая активирует
рецепторы ближайших
клеток → секреция NO
→ расширение сосуда
→ АД понижается.
Эффект АТФ –
расширение сосуда
и ↓АД

43. В некоторых клетках коннексоны могут функционировать независимо от щелевых соединений.

Исследования костных
клеток* показали, что
коннексоны могут быть
рецепторами для
антиапоптических сигналов
(например, alendronate),
трансдуцируя сигналы
выживания через
внутриклеточный сигнальный
путь kinase/mitogen-activated
protein kinase (ERK/MAPK).
* Nature Reviews Molecular Cell
Biology 4, 285 -295 (2003)

44. Коннексоны являются "неспецифически-управляемыми" каналами:

Коннексоны являются

каналами:
С коннексонами могут взаимодействовать различные
белки, например, киназы, фосфорилирующие
коннексины и меняющие их свойства, что может
регулировать работу комуникативного канала.

45. Коннексоны являются "неспецифически-управляемыми" каналами:

Коннексоны являются
"неспецифически-управляемыми"
каналами:
С коннексонами так же взаимодействуют
тубулины микротрубочек, что может
способствовать транспорту различных
веществ вдоль микротрубочек
непосредственно к каналу.
Белок дребрин взаимодействует с
коннексинами и с микрофиламентами, что
также указывает на взаимосвязь каналов и
организации цитоскелета клетки.

46. Коннексоны являются "неспецифически-управляемыми" каналами:

Коннексоны являются
"неспецифически-управляемыми"
каналами:
Коннексоны
могут
закрываться
при действии
электрического
тока, Ca2+, ∆ pH
или
механического
напряжения
мембраны.

47. Активность мочевого пузыря зависит не только от количества выпитого, но и от времени суток.

Активность мочевого пузыря зависит не
только от количества выпитого, но и от
времени суток.
У большинства людей мочевой пузырь по
ночам ведёт себя спокойно, не будя своих
хозяев по малейшему поводу.
Рис. Спящие японские макаки.

48. Исследования на животных показали, что допустимый объём мочевого пузыря регулируется при участии белка коннексина-43.

Мыши с повышенным уровнем этого белка
чаще мочились: их мочевой пузырь
реагировал на меньшее, чем обычно,
количество жидкости.
Активность гена коннексина зависела от времени
суток и управлялась другим белком, Rev-erbα,
имеющим прямое отношение к циркадному
ритму.

49. Исследования на животных показали, что допустимый объём мочевого пузыря регулируется при участии белка коннексина-43.

Коннексины недолговечны, и их запас должен
всё время пополняться.
Очевидно, избыток белков коннексинов-43,
соединяющих клетки стенки мочевого пузыря
делают её более жёсткой и чувствительной к
избытку жидкости. Ночью же продукция белка
падает, и стенка мочевого пузыря становится
более эластичной.

50. 3.2. Синапсы – это …

… специализированные
межклеточные
контакты,
обеспечивающие
передачу сигналов
(нервных импульсов)
возбудимым клеткам:
нейронам,
мышечными клеткам,
секреторным клеткам.

51. Структура химического синапса:

52. Синаптическая передача:

1) Синтез и накопление
нейромедиатора в пресинапсе.
2) Секреция нейромедиатора в
синаптическую щель (экзоцитоз,
Са2+).
3) Взаимодействие
нейромедиатора с рецепторами
постсинаптической мембраны.

53. Синаптическая передача:

4а). Деполяризация мембраны
(возбуждающие синапсы) → специфический
ответ клетки: генерация нервного импульса,
мышечное сокращение или секреция.
4б). Гиперполяризация мембраны (тормозное
синапсы) → прекращение специфических
процессов в возбудимых клетках.
5). Удаление нейромедиатора из
синаптической щели в пресинптическое
пространство: инактивация ферментами или
транслокация специальными белками.

54. Синаптическая передача информационного сигнала:

55. Синапти-ческая передача сигнала

56. Блокада синаптической передачи и её последствия.

Ботулинистический
и столбнячный
токсины
блокирают процесс
экзоцитоза
нейромедиаторов.

57. Блокада синаптической передачи и её последствия:

Дефекты на уровне
транспортеров
медиаторов
(норадреналина и
серотонина) –
причина психических
расстройств,
например,
маниакальнодепрессивного
состояния.
Блокаторы транспортёров нейромедиаторов –
антидепрессанты, кокаин и амфетамины.

58. химические синапсы (клинический аспект):

Пилокарпин – миметик ацетилхолина.
Пилокарпин широко используется для
лечения глаукомы, т.к. основное при местном
применении в виде глазных капель он вызывает
сужение зрачка и понижение
внутриглазного давления.
холиномиметики
АХ + холинорецепторы

Механизмы оплодотворения

Процесс оплодотворения у животных можно разделить на три фазы. Первая фаза характеризуется сближением сперматозоида с яйцеклеткой до их контакта. В эту фазу осуществляются дистантные взаимодействия между половыми клетками. Вторая фаза начинается с того, что сперматозоид прикрепляется к поверхности яйцеклетки. В это время наблюдаются контактные взаимодействия между половыми клетками. Третья фаза процесса оплодотворения начинается после проникновения сперматозоида в яйцо и завершается объединением ядер мужской и женской половых клеток. Эта фаза характеризует взаимодействие внутри яйца.

Дистантные взаимодействия между половыми клетками

Дистантные взаимодействия обеспечиваются рядом неспецифических факторов, среди которых особое место принадлежит химическим веществам, которые вырабатываются половыми клетками. Известно, что половые клетки выделяют гамоны или гормоны гамет. Гамоны, которые вырабатываются яйцеклетками, называют гиногамонами, а спрематозоидами - андрогамонами. Женские половые клетки выделяют две группы гамонов: гиногамоны I и гиногамоны II, оказывающие влияние на физиологию мужских половых клеток. Сперматозоиды вырабатывают андрогамоны I и II.

Некоторые из этих химических веществ направлены на повышение вероятности встречи сперматозоида с яйцеклеткой. Известно, что движение сперматозоида к яйцу осуществляется через посредство хемотаксиса - движение сперматозоидов по градиенту концентрации некоторых химических веществ, выделяемых яйцеклеткой. Хемотаксис достоверно показан для многих групп животных, особенно беспозвоночных: моллюсков, иглокожих и полухордовых. Хемотактические факторы выделены из яйцеклеток морских ежей: у одних видов - это пептид, состоящий из десяти аминокислот, и назван сперактом, у других видов - пептид состоит из четырнадцати аминокислот и, получил название резакт. При добавлении экстрактов этих веществ в морскую воду, сперматозоиды соответствующего вида начинают двигаться вверх по градиенту их концентрации.

В движении сперматозоидов млекопитающих по верхним отделам яйцевода существенное значение имеет явление реотаксиса - способность двигаться против встречного течения жидкости яйцевода.

После того, как сперматозоид пройдет сквозь защитные оболочки яйца и вступит в контакт с его плазматической мембраной, начинаются контактные взаимодействия между половыми клетками, которые приведут к проникновению сперматозоида в цитоплазму яйца.

Контактные взаимодействия между половыми клетками

Контакт сперматозоида с мембраной яйцеклетки приводит к активации половых клеток. Реакция активации связана со сложными морфологическими, биохимическими и физико-химическими изменениями в половых клетках. Активация мужской половой клетки, в первую очередь связана с акросомной реакцией, а женской - с кортикальной реакцией.

Акросомная реакция характеризуется быстрыми изменениями в акросомном аппарате головки сперматозоида, сопровождающимися высвобождением заключенных в ней спермолизинов и выбрасыванием акросомной нити в сторону поверхности яйца.

Рассмотрим общую схему акросомной реакции у представителей разных групп морских беспозвоночных - иглокожих, кольчатых червей, двустворчатых моллюсков, кишечно-дышащих и др.

На вершине головки сперматозоида, плазматическая мембрана и, прилежащая к ней часть мембраны акросомного пузырька, растворяются (лизируются). Свободные края обеих мембран сливаются между собой в единую мембрану. Из обнажившейся акросомы выходят спермолизины в окружающую среду и приводят к растворению яйцевых оболочек в месте контакта со сперматозоидом. После этого внутренняя мембрана акросмного аппарата выпячивается наружу и образует вырост в виде трубочки (акросомная нить). Акросомная нить удлиняется, проходит через разрыхленную область дополнительных яйцевых оболочек и вступает в контакт, с плазматической мембраной яйцеклетки. В области контакта акросомной нити с поверхностью яйца плазматические мембраны сливаются и содержимое акросомной трубочки (нити) соединяется с цитоплазмой яйцеклетки. В результате слияния мембран образуется цитоплазматический мостик. Чуть позже по цитоплазматическому мостику в цитоплазму яйца перейдут ядро и центриоль сперматозоида. Акросомная реакция завершается встраиванием мембраны сперматозоида в мембрану яйцеклетки. С этого момента сперматозоид и яйцеклетка являются уже единой клеткой (Рис.7, 8, 9.).

Рис.7. Акросомная реакция сперматозоида: А - В - слияние наружной мембраны акросомы и мембранысперматозоида. Излияние содержимого акросомного пузырька; 1 - мембрана акросомы; 2 - мембрана сперматозоида; 3 - глобулярный актин; 4 - ферменты акросомы; Г - Д - полимеризация актина и образование акросомного выроста; 5 - биндин; 6 - вырост акросомы; 7 - актиновые микрофиломенты; 8 - ядро сперматозоида. (по Голиченкову)

При общем сходстве акросомной реакции, у этих животных между ними имеются и определенные различия. Так, у иглокожих в отличие у червей и моллюсков в акросомном аппарате не содержатся литические ферменты. У большинства изученных животных образуется одна акросомная нить, а у некоторых червей - несколько таких нитей.

Рис.8. Последовательность акросомной реакции у морского ежа. (по Голиченкову)

При оплодотворении у позвоночных животных также происходит акросомная реакция. У низших позвоночных (миноги, и осетровые рыбы), она во многом сходна с акрсомной реакцией спермиев беспозвоночных животных.

Рис.9. Схема процессов, происходящих при взаимодействии мембран яйцеклетки и сперматозоида в ходе оплодотворения (по Гилберт).

У акуловых рыб, рептилий и птиц, яйца которых одеты плотными оболочками, соединение гамет происходит раньше, чем эти оболочки сформируются. У этих животных акросома продолжает выполнять свою первоначальную роль и, хорошо развита.

Акросомная реакция у млекопитающих отличается от такой реакции у ьеспозвоночных и низших позвоночных. В спермии млекопитающих акросомная реакция протекает без образования акросомного выроста, Приблизившись к поверхности яйца, спермий сливается с его плазматической мембраной боковой поверхностью головки.

У насекомых и высших рыб соединение половых клеток происходит после того, как полностью образуются плотные дополнительные яйцевые оболочки. В этих случаях сперматозоид проникает в яйцо через микропиллярные каналы и соединение гамет происходит без участия акросомы.

Активация яйца. Кортикальная реакция. После того, как мужская половая клетка прикрепится к поверхности яйца и ее акросомная нить вступит в контакт с поверхностью ооплазмы, происходит активация яйцеклетки. Активация яйца связана со сложными изменениями самых разных сторон его деятельности. Наиболее ярким внешним проявлением активации являются изменения поверхностного слоя ооплазмы, получившие название кортикальной реакции (Рис. 10).

Рис.10. Кортикальная реакция в яйце морского ежа А-приближение спермия к яйцу; Б-Г-последовательные стадии кортикальной реакции; показаны волна выделения содержимого кортикальных гранул, распространяющаяся от места проникновения спермия, отделение оболочки и образование перивителлинового пространства, формирование гиалтнового слоя; гс-гиалиновый слой; жо-желточная о болочка кг-кортикальная гранула; оо-оболочка оплодотворения пм-плазматическая мембрана; пп-перивителлиновое пространство, заполненное перивителлиновой жидкостью (по Гинзбург).

Рассмотрим последовательные стадии кортикальной реакции на примере наиболее полно, изученных яйцеклеток морского ежа. Кортикальная реакция начинается с того, что мембрана, ограничивающая каждую кортикальную гранулу, слипается с плазматической мембраной яйца. В этом месте гранулы открываются, и их содержимое изливается в желточную оболочку. Процесс секреции содержимого кортикальных гранул начинается от места прикрепления сперматозоида и волнообразно распространяется во все стороны до тех пор, пока не охватит всю поверхность яйца. Часть выделенного содержимого кортикальных гранул оводняется и растворяется, образуя перивителлиновую жидкость, которая оттесняет желточную оболочку от плазмолеммы яйца, приводя к увеличению объема перивителлинового пространства. Другая часть содержимого кортикальных гранул сливается с желточной оболочкой, которая при этом утолщается и преобразуется в оболочку оплодотворения. Часть кортикальных гранул, не участвующих в образовании оболочки оплодотворения, превращаются в плотный слой, называемый гиалиновым слоем, расположенным над плазматической мембраной. После того, как сформируется оболочка оплодотворения, другие сперматозоиды лишаются возможности проникнуть в ооплазму яйца.

В последние годы был изучен химический состав содержимого кортикальных гранул. Показано, что содержимое кортикальных гранул содержит следующие вещества: а) протеолитический фермент (актеллиновая деламиназа), разрывающий связи между клеточной оболочкой и плазматической мембраной яйца; б) протеолетический фермент (сперм-рецепторная гидролаза), который освобождает осевшую на желточной оболочке сперму; в) гликопротеид, втягивающий воду в пространство между желточной оболочкой и плазматической мембраной, вызывая их расслоение; г) фактор, способствующий образованию оболочки оплодотворения; д) структурный белок гиалин, участвующий в образовании гиалинового слоя.

Каково биологическое значение кортикальной реакции?

Во-первых, кортикальная реакция является тем механизмом, который защищает яйцо от проникновения сверхчисленных сперматозоидов.

Во-вторых, образующаяся в результате кортикальной реакции перивителлиновая жидкость, служит специфической средой, в которой протекает развитие зародыша.

При активации яйца наблюдаются и другие изменения самых разных сторон его деятельности.

Во-первых, снижается тормоз, который блокировал мейоз и, ядерные преобразования продолжаются с той самой стадии, на которой они остановились к моменту выхода яйца из яичника.

Во-вторых, наблюдается серия биохимических изменений, сопровождаемых усилением углеводного обмена, повышением синтеза липидов и белков.

В-третьих, резко возрастает проницаемость клеточной мембраны для ионов натрия и калия.

События, происходящие в яйце после проникновения сперматозоида

После того, как плазматическая мембрана акросомной нити спермия сливается с плазматической мембраной яйца, спермий утрачивает свою подвижность и его вовлечение внутрь яйца происходит благодаря действию сил, исходящих из активированного яйца. Обычно сперматозоид втягивается в ооплазму вместе с хвостом, но иногда хвостовой отдел отбрасывается. Однако и в тех случаях, когда жгутик проникает в яйцо, он отбрасывается и рассасывается.

Высоко-конденсированное ядро сперматозоида начинает набухать, хроматин разрыхляется и ядро превращается в своеобразную структуру, называемым мужским пронуклеусом.

Аналогичные изменения происходят и в ядре яйцеклетки, в результате чего образуется женский пронуклеус. В период формирования пронуклеусов, вдоль хромосом происходит репликация ДНК. В дальнейшем пронуклеусы начинают перемещаться к центру яйцеклетки. Ядерные оболочки, окружающие каждого из пронуклеусов разрушаются, пронуклеусы сближаются и происходит кариогамия. Кариогамия - это последняя стадия оплодотворения. При объединении пронуклеусов образуется ядро с диплоидным набором хромосом. Затем хромосомы занимают экваториальное положение, и наступает первое деление зиготы.

Ооплазматическая сегрегация. После проникновения сперматозоида начинаются интенсивные перемещения цитоплазмы яйцеклетки (ооплазмы). При этом происходит расслоение, отмешивание различных составных частей ооплазмы, что обозначается как ооплазматическая сегрегация. В ходе этого процесса намечаются основные элементы пространственной организации зародыша. Поэтому данный этап развития называют также проморфогенезом: имеется в виду, что в это время как бы расставляются вехи для будущих морфогенетических процессов.

Моно- и полиспермия

Проникновение в яйцеклетку одного сперматозоида, получило название, физиологической моноспермии. Моноспермия присуща всем группам животных с наружным осеменением и многим животным с внутренним осеменением (тем, которые подобно, млекопитающим имеют яйцеклетки небольшого размера).

У других животных, например, у некоторых членистоногих (насекомые), моллюсков (класс брюхоногих), хордовых (акулообразные рыбы, хвостатые амфибии, рептилии и птицы) в яйцеклетку проникает большое количество сперматозоидов. Такое явление получило название физиологической полиспермии. Однако и в этом случае с ядром яйцеклетки соединяется только ядро одного сперматозоида, тогда как остальные разрушаются (рис.11).

Рис. 11. Полиспермия у тритона. А-проникновение спермиев в яйцо на стадии метафазы II деления созревания; Б-синхронные изменения семенных ядер, образование семенных звезд; В-женское ядро соединяется с одним из семенных ядер; Г - Е-синкарион вступает в митоз, сверхчисленные семенные ядра оттесняются в вегетативное полушарие и дегенерируют. Цифры над изображением яиц - время после проникновения спермиев при температуре 23 о (по Гинзбург).

При физиологической моноспермии имеются особые механизмы защиты яйца от полиспермии. Первый механизм связан с изменением мембранного потенциала. Установлено, что в яйцеклетке лягушки, через несколько секунд, после контакта со сперматозоидом заряд мембраны изменяется от -28 до 8 мв и остается положительным в течение 20 мин. Такие же изменения мембранного потенциала были обнаружены в яйцеклетках морского ежа. Оказалось, что положительный заряд мембраны препятствует полиспермии. Другой широко распространенный механизм защиты яйца от проникновения сверхчисленных сперматозоидов связан с образованием оболочки оплодотворения и перивителлиновой жидкости.