Трансэпителиальный транспорт

Соединения между клетками в составе тканей и органов многокле­точных организмов образуются специализированными структурами, которые называются межклеточными контактами. В простейшем случае межклеточные соединения (которые часто также называют контактами или переходами) разделяют на плотные соединения {tight junction^ и щелевые соединения {gapjunction, см п.

Плотные контакты герметизируют межклеточные соединения в эпителиях и не позволяют метаболитам проникать сквозь эпителий, минуя клетки эпителия (рисунок 109(a)).

Рисунок 109 - Плотные межклеточные контакты: а - контакт двух клеток эпителия, б - строение плотного контакта

Плотные контакты разделяются на зону залипания и зону слипания.

В зоне залипания мембраны соседних клеток сливаются своими

наружными слоями, эта зона непроницаема для макромолекул и ионов.

В зоне слипания мембраны разделены щелью 10-20 нм.

Щелевые контакты (будут рассмотрены подробнее ниже в п. 16.1) соединяют цитозоли клеток и позволяют ионам и малым молекулами переходить из клетки в клетку.

Через эпителий возможны два пути транспорта метаболитов: транс - клеточный и параклеточный (рисунок 110).

Основным трансэпителиалъным транспортом является транскле­точный путь. Параклеточный путь, по которому могут перемещаться некоторые ионы и малые молекулы, является дополнительным и зависит от конкретного белкового состава межклеточных контактов и от физиоло­гического состояния эпителиальных клеток.

Рисунок 110 - Трансклеточный и параклеточный пути трансэпителиального транспорта

В случае кишечного эпителия поглощение питательных веществ из люмена кишечника происходит с люминальной стороны через апикаль­ную мембрану клеток эпителия, а затем происходит экспорт этих веществ в кроветОк с серозной стороны (serosal side) через базолатералъную мем­брану (рисунки 110 и 19).

Такой двухстадийный процесс называется трансклеточным транспортом.

Клетки эпителия кишечника (также как и клетки любого другого эпителия) называют поляризованными, поскольку апикальные и базолате­ральные домены плазматической мембраны содержат различные наборы

мембранных белков. Эти два домена плазматической мембраны разделе­ны плотными межклеточными соединениями.

Апикальная часть плазматической мембраны, которая контактирует с люменом кишечника, специализируется на адсорбции из люмена сахаров, аминокислот и других молекул, которые образуются в люмене в процессе пищеварения пищеварительными ферментами. Площадь поверхности апикальной мембраны значительно увеличена за счёт формирования на ней мнкроворсннок, что позволяет интенсифицировать процесс адсорбции метаболитов.

На рисунке 111 показаны мембранные белки, которые осуществля­ют адсорбцию глюкозы из люмена кишечника в кровь.

Рисунок 111 - Трансклеточный транспорт глюкозы из люмена кишечника в

кровь

На первом этапе этого процесса 2-№71-глюкоза-симпортёры, расположенные на мембранах микроворсинок, импортируют из люмена кишечника молекулы глюкозы против градиента их концентрации через апикальную поверхность эпителиальной клетки. Такой симпортёр сопрягает энергетически невыгодный транспорт глюкозы внутрь клетки с

энергетически выгодным процессом переноса двух ионов натрия внутрь

клетки.

В стационарном состоянии все ионы натрия, переносимые внутрь клетки в процессах симпорта Na'/i.iiokoja или Ыа⁺/аминокислоты, выкачиваются через базолатеральную мембрану Na /K -ATOajaun, которые обнаружены только в базолатеральных мембранах клеток кишечного эпителия. В результате концентрация ионов Na⁺ в цитозоле этих клеток поддерживается на низком уровне. И можно сделать вывод, что источником энергии для первого этапа трансклеточного транспорта глюкозы служит именно гидролиз АТФ Ын /К АТФазами.

На втором этапе молекулы глюкозы (и аминокислот), которые были сконцентрированы на первом этапе в цитозоле клеток эпителия, перемещаются под действием концентрационного градиента через базолатеральную мембрану в кровь с помощью мембранных белков- унипортёров. В случае транспорта глюкозы таким унипортёром является белок GLUT2 (см. п. 6.5).

Суммарным результатом этих двух этапов является транспорт ионов Na⁺, глюкозы и аминокислот из люмена кишечника через кишечный эпителий во внеклеточную среду, которая окружает базолатеральную поверхность клеток кишечного эпителия. Плотные соединения предохраняют эти молекулы от обратной диффузии в люмен кишечника.

Увеличение осмоса вследствие трансклеточного транспорта солей, сахаров и аминокислот приводит к интенсификации осмотического процесса переноса молекул воды из люмена кишечника в кровь. Поэтому, в определённом смысле, транспортируемые молекулы метаболитов "прихватывают" с собой молекулы воды.

Наличие такого "сопровождающего" потока воды используют в медицинских целях в ситуациях сильного обезвоживания (дегидрации) организма (при дизентерии, холере и других кишечных инфекциях, приводящих к высокой смертности, особенно у детей). В этих случаях дают больным пить водный раствор сахара и соли (вместе, но не по отдельности). В результате осмотического потока воды из люмена кишечника в кровь происходит частичная регидрация организма, что облегчает состояние пациента и позволяет проводить длительную терапию.

11.7.