Štruktúra bakteriálnej bunky. Laboratórna diagnostika motility baktérií Pili u baktérií slúži na

Pili sú extracelulárne proteínové štruktúry, ktoré vykonávajú širokú škálu funkcií, vrátane výmeny DNA, adhézie a tvorby biofilmu v prokaryotických bunkách

Mnohé adhezívne pili sú zostavené prostredníctvom systému chaperón-Usher-proteín. Montáž prebieha na vonkajšej membráne za účasti Usherovho proteínu, ktorý tvorí pór, cez ktorý prechádzajú podjednotky pili, a periplazmatického chaperónu, ktorý podporuje ich skrútenie a prechod cez pór

Bičíky sú vonkajšie štruktúry bunky, ktoré slúžia ako vrtule umožňujúce jej pohyb.

U prokaryotov sa bičíky skladajú z viacerých segmentov, z ktorých každý sa tvorí počas zostavovania proteínových podjednotiek

Z povrchu prokaryotickej bunky vychádzajú dva typy prídavných štruktúr, vypil A bičíky. Pili sú vláknité oligoméry proteínov prítomných na bunkovom povrchu. Existujú rôzne typy píl. Napríklad F pili sa podieľajú na bunkovej konjugácii a prenose DNA. Keď boli tieto adnexálne štruktúry prvýkrát objavené, nazývali sa „fimbria“ (lat. fimbria - vlákno, vlákno). Ich prítomnosť korelovala so schopnosťou E. coli aglutinovať červené krvinky.

Neskôr na označenie fibrilárnych štruktúr ( F-pil), spojený s procesom prenosu genetického materiálu medzi organizmami počas konjugácie, bol navrhnutý termín pili (alebo pilus) (lat. pilus - vlasy). Odvtedy sa tento termín stal všeobecným termínom na opis všetkých typov vilóznych adnexálnych štruktúr a používa sa spolu s termínom fimbria.

Bunková interakcia baktérie s inými prokaryotickými a eukaryotickými bunkami za účasti klkov často slúži ako dôležitá etapa pri kolonizácii epitelu, prieniku mikróbov do hostiteľských buniek, výmene DNA a tvorbe biofilmov. Pili môže slúžiť ako receptory pre bakteriofágy. Hlavnou funkciou väčšiny pili je poskytnúť štrukturálnu podporu pre umiestnenie špecifických molekúl zapojených do bunkovej adhézie. Adhezívne podjednotky klkov (adhezíny) sú menšími zložkami hrotov, ale hlavné štrukturálne podjednotky môžu fungovať aj ako adhezíny.

Často lepiace píly sú dôležitými faktormi pri kolonizácii hostiteľských organizmov mikróbmi. Napríklad pri infekciách močových ciest patogénnymi baktériami E. coli sa bunky prichytia na epitel močového mechúra pomocou pili typu I. Tento typ pili je prítomný v mnohých gramnegatívnych mikroorganizmoch. Sú to zložité štruktúry pozostávajúce z hrubého tela spojeného s tenkým fibrilárnym koncom. Na konci sú molekuly FimH adhezínu, ktoré sa viažu na zvyšky manózy na povrchu hostiteľských buniek.

zhromaždenie pili je komplexný proces, ktorý zahŕňa štrukturálne proteíny, ktoré tvoria telo pili a ďalšie proteíny, ktoré uľahčujú zostavenie podjednotiek na bunkovom povrchu. Všetky štruktúrne zložky potrebné pre proces zostavovania pili na povrchu gramnegatívnych mikroorganizmov musia byť translokované cez cytoplazmatickú membránu do periplazmy a ďalej cez vonkajšiu membránu. Na dokončení procesu zostavovania sa podieľajú dva špecifické proteíny: chaperón prítomný v periplazme a transportný proteín vonkajšej membrány nazývaný Usherov proteín.

Zabezpečujú procesy, v ktorých tieto proteíny fungujú biogenéza viac ako 30 rôznych typov vilóznych štruktúr. Ako je znázornené na obrázku nižšie, chaperónové komplexy s podjednotkami sa tvoria v periplazme a interagujú s Usherovým proteínom na vonkajšej membráne, kde sa chaperón uvoľňuje. V tomto prípade sa na podjednotkách otvárajú interaktívne plochy, čo zabezpečuje ich ďalšie skladanie do pili. Štúdie pili typu I a P ukázali, že komplexy adhezín-chaperón (PapDG alebo FimCH) majú vysokú afinitu k Usherovmu proteínu a adhezíny sú počiatočné podjednotky, ktoré sa zostavujú do pili.

Inklúzia zostávajúce podjednotky je čiastočne určená kinetikou tvorby komplexu s chaperónom na Usherovom proteíne. Okrem toho, že funguje ako montážna platforma, Usherov proteín pravdepodobne hrá ďalšie úlohy pri zostavovaní pilusu. Podľa údajov z elektrónovej mikroskopie s vysokým rozlíšením má PapС Usher formu kruhových komplexov s priemerom 15 nm, ktoré majú v strede póry s veľkosťou 2 nm. Po odštiepení od chaperónu, ku ktorému dochádza na Usherovom proteíne, sú podjednotky začlenené do rastúcej štruktúry pili, o ktorej sa predpokladá, že je vytlačená cez centrálny pór komplexu vo forme hrubej lineárnej fibrily pozostávajúcej z jedinej podjednotky.

Väčšina mikroorganizmy má pohyblivosť, a to sa často dosahuje dlhými štrukturálnymi príveskami nazývanými bičíky. V grampozitívnych a gramnegatívnych baktériách sa bičíky zbierajú na povrchu buniek. Keď je na bunkovom póle jeden bičík, toto usporiadanie sa nazýva monotrichiálne (alebo polárne). Ak sú bičíky umiestnené okolo bunky, potom sa toto usporiadanie nazýva peritrichiálne.

Ak je zapnuté jeden pól bunky Existuje skupina bičíkov, potom hovoria o ich lofotrichiálnom usporiadaní (z latinského „chumáča“). baktérie sa líšia od týchto štruktúr eukaryotických buniek, ktoré pozostávajú z mikrotubulov a pridružených proteínov a sú obklopené plazmatickou membránou.

Flagella môžu mať rôznu dĺžku, ale ich priemer je zvyčajne 20 nm. Nie sú viditeľné vo svetelnom mikroskope, pokiaľ nie sú prípravky najskôr ošetrené činidlami, ktoré zväčšujú priemer bičíka. Obrázok nižšie ukazuje, že bičíky sa skladajú z troch odlišných domén: vlákno, háčik a základné telo. Bičíkové vlákno pozostáva z opakujúcich sa štruktúr bičíkových proteínov. Bičíky sú vysoko konzervované bakteriálne proteíny, čo naznačuje, že bunkový pohyb zahŕňajúci bičíky je charakteristický pre primitívne formy živých organizmov. V mieste, kde sa bičík pripája k bunke, sa nachádza bazálne telo, čo je zložitá štruktúra pozostávajúca z mnohých proteínov.

Vlákno bičík spája sa s bazálnym telom cez háčik. V gramnegatívnych baktériách sa bazálne telo rozprestiera cez vonkajšiu membránu, proteoglykán bunkovej steny a cytoplazmatickú membránu. Bičík je spojený s vonkajšou membránou cez L-krúžok. Dva páry kruhov, S-M a P, podporujú pripojenie bičíka k cytoplazmatickej membráne a k bunkovej stene. Každý kruh pozostáva z mnohých membránových proteínov. Na cytoplazmatickej membráne sú dva proteíny Mot, ktoré fungujú ako motory, ktoré poháňajú bičíky. Ďalšia sada proteínov je zabudovaná v cytoplazmatickej membráne a vykonáva reverznú funkciu vo vzťahu k bičíkovým motorom. Keďže grampozitívne organizmy nemajú vonkajšiu membránu, majú iba krúžky S-M.

IN tvorba a zostavovanie bičíkových vlákien Zapojených je niekoľko desiatok rôznych génov. Ich činnosť je prísne regulovaná podľa poradia montážneho procesu. Najprv sa teda exprimujú gény podieľajúce sa na zostavovaní bazálneho telieska a háčika a potom prichádza rad na gény zodpovedné za tvorbu podjednotiek bičíka. K expresii bičíkových podjednotiek nedochádza, kým sa nedokončí zostavenie háčika. V tomto bode vystupuje supresor transkripcie cez háčikový kanál, a tak sa uvoľňuje potlačenie expresie bičíka. Bičíkové podjednotky sa exportujú cez bičík a pridávajú sa k jeho rastúcemu koncu.

Takéto mechanizmus zaisťuje zostavenie filamentu až po vytvorení háčikovej štruktúry. Táto štruktúra je relevantná aj pre iné proteínové sekrečné systémy.

systém chemotaxia určuje prítomnosť zložiek výživy a následne určuje smer rotácie bičíka. Pri absencii nutričných zložiek sa bičíky otáčajú v smere hodinových ručičiek, čo spôsobuje rotáciu bunky. Pohyb bunky smerom k molekulám chemickej zlúčeniny alebo od nich sa nazýva chemotaxia. V tejto časti budeme uvažovať o pohybe prokaryotickej bunky v prítomnosti atraktantu, ktorým je produkt živín.

S cieľom poskytnúť bunke taký pohyb, tuhý bičík by sa mal otáčať ako vrtuľa v dôsledku energie dodávanej protónovou hnacou silou. Pohyb bunky pozostáva zo série priamych jázd, po ktorých nasledujú rýchle, nepravidelné otáčky. Keď sa bičík otáča proti smeru hodinových ručičiek, bunka sa pohybuje v priamom smere, a keď sa otáča v smere hodinových ručičiek, bunka sa otáča. Keďže bunka zaujíma náhodné pozície v dôsledku rotácií, človek by si myslel, že celkový výsledok pohybu bude nula. Frekvencia chodov sa však reguluje podľa dostupnosti živnej zložky: dlhšie chody sú charakteristické pre pohyb bunky smerom k zdroju potravy a počet otáčok sa zvyšuje, keď sa bunka od neho vzďaľuje.

Smer jednotlivých behov je síce stále náhodný, no celkovým výsledkom je pohyb bunky smerom k atraktantu.

Dráhy prenosu signálu chemotaxia u prokaryotov sa vyznačujú mimoriadne konzervatívnou povahou. Jediným známym organizmom, v ktorého genóme chýbajú gény chemotaxie, je Mycoplasma. Nasledujúce konzervované proteíny chemotaxie sa nachádzajú takmer vo všetkých prokaryotoch: CheR, CheA, CheY, CheW a CheB. Prostredníctvom komplexnej kaskády udalostí vrátane fosforylácie a metylácie poskytujú tieto proteíny komplexnú, koordinovanú a vysoko flexibilnú bunkovú odpoveď na prítomnosť atraktantov a repelentov v prostredí. Opisujeme, ako sa tieto udalosti vyskytujú v bunkách E. coli.

Prítomný v prostredí atraktanty alebo repelenty sa viažu na receptory umiestnené na cytoplazmatickej membráne. CheA kináza, ktorá sa tiež nachádza v cytoplazmatickej membráne, interaguje s týmito receptormi. Táto kináza fosforyluje CheY, ktorý sa potom naviaže na bičíkový motor, čo spôsobí, že bičík zmení smer otáčania a spôsobí otočenie bunky. Fosfatáza CheZ odstraňuje fosfátovú skupinu z CheY. Pri nízkych koncentráciách atraktantu dochádza k autofosforylácii CheA, fosfátová skupina sa prenesie na CheY a ten migruje do bičíkového motora, čím sa mení vzor pohybu buniek na otáčanie.

Systém chemotaxie charakterizované ďalšou úrovňou zložitosti, ktorá umožňuje bunke neustále sa prispôsobovať podmienkam existujúcim v prostredí. Keď sa bunka pohybuje pozdĺž koncentračného gradientu chemických zlúčenín, môže reagovať na malé výkyvy, ktoré sa vyskytujú. Takáto krátkodobá pamäť je zabezpečená metyláciou membránových receptorov. CheR metyluje membránové receptory a CheB odstraňuje metylové skupiny.

Okrem toho bičíky, povrch veľa baktérií pokryté cytoplazmatickými výbežkami - mikroklky. Typicky sú to chĺpky (počet od 10 do niekoľko tisíc) s hrúbkou 3-25 nm a dĺžkou až 12 mikrónov. Microvilli nachádza sa v pohyblivých aj nepohyblivých baktériách. Tieto výrastky pomáhajú zväčšiť povrch bakteriálnej bunky, čo jej dáva ďalšie výhody pri využívaní živín z prostredia. Sú známe špecializované mikroklky - fimbriae A vypil.

Fimbrie baktérií[z lat. fimbria, strapce]. Mnohé gramnegatívne baktérie majú dlhé tenké mikroklky, ktoré prenikajú cez bunkovú stenu. Proteíny, ktoré ich tvoria, tvoria špirálový závit. Hlavná funkcia fimbrií- prichytenie baktérií na substráty (napríklad na povrch slizníc), čo z nich robí dôležitý faktor pri kolonizácii a patogenite.

baktérie F-pili[z angličtiny plodnosť, plodnosť, + lat. pilus, vlasy] alebo " sex pitie", - tuhé valcovité útvary zapojené do konjugácie baktérií. Pili boli prvýkrát objavené v Escherichia coli K12, teda v kmeňoch obsahujúcich F-faktor(Pozri tému „Plzmidy“). Zvyčajne je bunka vybavená 1-2 pili, ktoré vyzerajú ako duté proteínové trubičky dlhé 0,5-10 µm; Často majú na konci guľovité zhrubnutie. Väčšina F-pilulky tvorí špecifický proteín - pilin. Tvorba pili je kódovaná plazmidmi. Identifikujú sa pomocou bakteriofágov špecifických pre darcu, ktoré sa adsorbujú na pili a lyzujú bunky.

Bakteriálna bunková stena

Väčšina bunková stena baktérií pozostáva z bunkovej steny a CPM umiestnenej pod ňou. S určitou konvenciou možno bunkovú membránu nazvať živou kožou baktérií, na rozdiel od mŕtvej látky kapsuly. Bunková membrána možno prirovnať k tenkej a elastickej, no zároveň odolnej pneumatike futbalovej lopty. Tak ako dobre nafúknutý futbalový mechúr dodáva loptičke elasticitu, tak vnútorný (turgorový) tlak cytoplazmy, ktorý u grampozitívnych baktérií môže dosiahnuť 30 atm, dodáva bunkovej stene baktérií dodatočnú elasticitu. Niektoré baktérie majú navyše vonkajšiu membránu ako vonkajšiu vrstvu bunkovej steny - glykokalyx.

Glykokalyx[z gréčtiny gfykys, sladký, + kalyx, škrupina] vzniká prepletením polysacharidových vlákien (dextrány a levány). Pri pestovaní na umelých živných pôdach sa nezistí. Hlavnou funkciou glykokalyxu a je priľnavosť k rôznym substrátom. Napríklad Streptococcus mutatis sa vďaka glykokalyxe dokáže pevne prichytiť na zubnú sklovinu.

Spolu s bičíkmi môžu mať prokaryoty aj iné extracelulárne štruktúry. V polovici dvadsiateho storočia sa zistilo, že baktérie sú schopné vytvárať špecifickú skupinu povrchových útvarov. Nazývali sa klky, riasy, fimbrie. Dnes sa nazývajú bakteriálne pili.

Navonok pili alebo fimbrie, ako sa nazývali pred rokom 1956, vyzerajú ako mikroskopické chĺpky pokrývajúce bakteriálnu bunku. Na 1 prokaryotickú bunku môže byť niekoľko jednotiek až tisíce klkov.

Aj keď sú podobne ako bičíky povrchovými útvarmi, majú medzi sebou viac rozdielov ako podobností.

Veľkosť pili je oveľa menšia ako bičíky, v priemere 3-krát tenšie (nie viac ako 10 nm) a ich dĺžka nepresahuje 1,5 µm.

V štruktúre, napriek tomu, že pili aj bičíky pozostávajú z proteínových buniek, líšia sa tiež:

• pili, alebo fimbrie, sú ľahký reťazec valcových vodivých proteínov vybiehajúcich z povrchovej vrstvy bunky;
• bičíky sú objemnejšie v štruktúre, s prítomnosťou zložitých štruktúr (tyčinka, bazálne telo, krúžky atď.).

Takýto jasný rozdiel v štruktúre povrchových útvarov prokaryotov je spojený s úplne inými úlohami, ktoré riešia počas života bakteriálnej bunky.

Prečo prokaryoty pili?

Napríklad, ak bakteriálne bičíky poskytujú schopnosť pohybu, potom fimbrie nemajú nič spoločné s pohybom v priestore a sú prítomné v pohyblivých aj nepohyblivých baktériách.

Na rozdiel od bičíkov boli funkcie bakteriálnych pili nedostatočne študované, ale je zrejmé, že jednou z nich je schopnosť zabezpečiť pripojenie bakteriálnej bunky k živnému substrátu.

Rôzne druhy klkov

Pili nie sú homogénne útvary, vyznačujú sa najmenej 4 typmi, z ktorých každý plní svoje vlastné funkcie a jedna bunka môže niesť niekoľko rôznych typov fimbrií.

Typ 1 pil

Fimbrie baktérií typu 1 sa tvoria z pilínu (proteínu) a vyznačujú sa mimoriadne silným spojením s prokaryotom. Na oddelenie takejto fimbrie od bakteriálnej bunky je potrebné úsilie, ktoré je mnohonásobne väčšie ako úsilie potrebné na oddelenie pohlavných pili alebo bičíkov.

Pili typu 1 sa vyznačujú peritrichiálnym usporiadaním - pozdĺž celého povrchu baktérie.

Štúdie pomocou metód identifikácie vlastností ukázali, že pili typu 1 sú chemicky stabilné formácie - sú inertné voči alkalickým roztokom, močovine a trypsínu (enzým, ktorý rozkladá proteíny).

Pili typu 1 sa ničia varom v roztokoch s vysokou kyslosťou, pri tomto spôsobe expozície dochádza k nevratnej deštrukcii (denaturácii) proteínu, ktorý tvorí fimbria.

Charakteristickým znakom pili typu 1 je:

• schopnosť vytvárať filmy a dodávať baktériám hydrofóbne vlastnosti;
• schopnosť vyvolať aglutináciu červených krviniek (zrážanie v dôsledku lepenia) pod vplyvom aglutinínov.

Organely baktérií

Hlavné funkcie sú:

• lepidlo – prichytenie baktérií na substrátoch;
• ochranné - spájanie prokaryotických buniek, ktoré získali hydrofóbne vlastnosti, do skupín;
• účasť na metabolických procesoch buniek - zvýšenie absorpčného povrchu.

Klky typu 2

Táto skupina má veľa spoločného s predchádzajúcou, ale nemá charakteristické znaky typu 1 - pili sa nezúčastňujú na tvorbe filmov a nelepia sa na červené krvinky (aglutinácia), čo spôsobuje ich zrážanie.

Takéto blízke podobnosti naznačujú, že pili typu 2 sú mutantnou formou typu 1.

Genitálne fimbrie (typ 3)

Moderné metódy detekcie umožnili určiť, že sexuálne pili zohrávajú kľúčovú úlohu pri horizontálnom prenose genetického materiálu (konjugácii).

Možnosť priameho kontaktu dvoch bakteriálnych buniek s následnou konjugáciou bola identifikovaná v 50. rokoch minulého storočia ako výsledok výskumu dvoch amerických biochemikov – D. Lederbeiga a E. Tatema. Tento proces má veľký praktický význam, pretože umožňuje výmenu dedičných vlastností medzi organizmami, ktoré sa rozmnožujú len priamym delením.

Sexuálne fimbrie, nazývané F-pili, sú prítomné iba v bakteriálnych kmeňoch, ktoré majú faktor prenosnosti – môže to byť autonómny replikón alebo jeho časť.

F-pili sú cylindrické proteínové štruktúry väčšieho priemeru ako pili typu 1 alebo typu 2, umiestnené kolmo na povrch.

K tvorbe pili dochádza na povrchu cytoplazmatickej membrány v miestach kontaktu s vonkajšou membránou. Vytvorená trubica prechádza vrstvami mureínu a vonkajšou membránou.

V prípade straty sa F-pili obnoví - do 30 sekúnd dosiahne pili polovicu svojej veľkosti. Vytvorenie plnohodnotnej trubice trvá 4 až 5 minút.

Moderné metódy detekcie umožnili určiť, že baktérie F-pili zostávajú na povrchu 5 minút, potom sa vyhodia a proces sa opakuje.

F-pili sa výrazne líšia od klkov typu 1 a typu 2 ako štruktúrou, tak vlastnosťami.

Na rozdiel od posledne menovaných sa F-pili ľahko oddelia od bakteriálnej bunky aj pri miernom trasení.

Pomocou metód fyzikálno-chemickej analýzy sa zistilo, že zloženie F-pili neobsahuje množstvo α-aminokyselín charakteristických pre proteín pili typu 1, ale prostredníctvom kovalentnej väzby sú naviazané D-glukózový zvyšok a dve fosfátové skupiny.

Kvôli odlišnej chemickej štruktúre sa na F-pili neadsorbujú bežné fágy, ale len tie, ktoré sú pre ne špecifické, nazývané samčie fágy.

Účasť F-pili na procese prenosu informácií

Proces prenosu časti genetickej informácie predpokladá prítomnosť páru bunky darcu a bunky príjemcu.

1. Spočiatku darcovská bunka tvorí F-pilus.
2. Darca F-pil je fixovaný na bunku príjemcu.
3. V F-plazmide darcovskej bunky sa preruší jedno vlákno DNA, ktoré sa prenesie k príjemcovi.
4. Obe baktérie dokončujú druhý reťazec DNA a obnovujú F-plazmid. Bunka príjemcu sa zmení na darcovskú.

Mikroskopické výskumné metódy umožnili určiť, že tvorba F-vrstiev je charakteristická len pre rastúce a aktívne bunky, pri prechode do stacionárnej fázy rastu baktérie strácajú schopnosť vytvárať pohlavné pili a stávajú sa zlými darcami.

Špecifická orientácia fimbrií 4. typu

Pili typu 4 sa podieľajú na poskytovaní určitého typu kĺzavého pohybu baktérií pre celú kolóniu.

Samotný proces kĺzania za účasti pili skupiny 4 predpokladá prítomnosť 2 pohybových systémov:

• A-systém - vylučuje hlien na póle smeru pohybu mikroorganizmu.
• S-systém – rojenie; sa zabezpečuje postupným sťahovaním a predlžovaním pili typu 4, podobne ako pri ťahaní.

Mechanizmus tohto typu pohybu baktérií sa v súčasnosti skúma a väčšina záverov je špekulatívnych.

V mnohobunkových organizmoch sa v dôsledku medzibunkových interakcií vytvárajú komplexné bunkové zostavy, ktorých údržba sa môže uskutočňovať rôznymi spôsobmi. V zárodočných, embryonálnych tkanivách, najmä v počiatočných štádiách vývoja, zostávajú bunky navzájom spojené vďaka schopnosti ich povrchov zlepovať sa. Táto nehnuteľnosť priľnavosť(spojenie, adhézia) buniek môže byť určená vlastnosťami ich povrchu, ktoré sa navzájom špecificky ovplyvňujú. Mechanizmus týchto spojení je pomerne dobre preštudovaný, je zabezpečený interakciou medzi glykoproteínmi plazmatických membrán.

Okrem pomerne jednoduchých adhezívnych (ale špecifických) spojení existuje množstvo špeciálnych medzibunkových štruktúr, kontaktov či spojení, ktoré plnia špecifické funkcie.

Zamykanie alebo tesné spojenie charakteristické pre jednovrstvový epitel (obr. 9). Toto je zóna, kde sú vonkajšie vrstvy dvoch plazmatických membrán čo najbližšie. Trojvrstvová štruktúra membrány pri tomto kontakte je často viditeľná: dve vonkajšie osmofilné vrstvy oboch membrán akoby splývali do jednej spoločnej vrstvy s hrúbkou 2-3 nm.

Fúzia membrán sa nevyskytuje v celej oblasti tesného kontaktu, ale predstavuje sériu bodových prístupov membrán. Pri špeciálnych škvrnách je možné takéto štruktúry vidieť aj vo svetelnom mikroskope. Názov dostali od morfológov koncové dosky. Úlohou uzatváracieho tesného spojenia nie je len mechanické spojenie buniek medzi sebou. Táto kontaktná plocha je slabo priepustná pre makromolekuly a ióny, a tak uzamyká a blokuje medzibunkové dutiny, čím ich izoluje (a s nimi aj vnútorné prostredie tela) od vonkajšieho prostredia (v tomto prípade lúmenu čreva).

Medzi všetkými typmi jednovrstvového epitelu (endotel, mezotel, ependým) dochádza k uzavretiu alebo tesnému kontaktu.

Jednoduchý kontakt, nachádzajúce sa medzi väčšinou susedných buniek rôzneho pôvodu (obr. 10). Väčšina povrchu kontaktujúcich epitelových buniek je tiež spojená pomocou jednoduchého kontaktu, kde sú plazmatické membrány kontaktujúcich buniek oddelené priestorom 15-20 nm. Tento priestor predstavuje supramembránové komponenty bunkových povrchov. Šírka medzery medzi bunkovými membránami môže byť väčšia ako 20 nm, pričom môže vytvárať expanzie a dutiny, ale nie menej ako 10 nm.

Na cytoplazmatickej strane k tejto zóne plazmatickej membrány nepriliehajú žiadne špeciálne dodatočné štruktúry.

Kontakt ozubeného kolieska („uzamknutie“) je výstupok povrchu plazmatickej membrány jednej bunky do intususcepcie (invaginácie) druhej (obr. 11).

Na strihu tento typ spojenia pripomína tesársky šev. Medzimembránový priestor a cytoplazma v „zámkovej“ zóne majú rovnaké charakteristiky ako v zónach jednoduchého kontaktu. Tento typ medzibunkových spojení je charakteristický pre mnoho epitelov, kde spája bunky do jednej vrstvy, čím podporuje ich vzájomné mechanické spojenie.

Úlohu mechanického pevného pripevnenia buniek k sebe hrá množstvo špeciálnych štruktúrovaných medzibunkových spojení.

Desmozómy, štruktúry vo forme plakov alebo gombíkov tiež spájajú bunky medzi sebou (obr. 12). V medzibunkovom priestore je tu viditeľná aj hustá vrstva, ktorú predstavujú interagujúce integrálne membránové kadheríny – desmogleíny, ktoré navzájom priľnú bunky.

Na cytoplazmatickej strane susedí s plazmalemou vrstva proteínu desmoplakin, s ktorou sú spojené intermediárne filamenty cytoskeletu. Desmozómy sa najčastejšie nachádzajú v epiteli, v tomto prípade intermediárne filamenty obsahujú keratín. V bunkách srdcového svalu, kardiomyocytoch, obsahujú desmínové fibrily ako súčasť desmozómov. Vo vaskulárnom endoteli obsahujú desmozómy intermediárne vlákna vimentínu.

hemidesmozómy, v princípe sú štruktúrou podobné desmozómom, ale predstavujú spojenie buniek s medzibunkovými štruktúrami. V epiteloch teda interagujú linkerové glykoproteíny (integríny) desmozómov s proteínmi tzv. bazálnej membrány, ktorá zahŕňa kolagén, laminín, proteoglykány atď.

Funkčná úloha desmozómov a hemidesmozómov je čisto mechanická - pevne priľnú bunky k sebe a k extracelulárnej matrici pod nimi, čo umožňuje epitelovým vrstvám odolávať veľkému mechanickému zaťaženiu.

Podobne desmozómy navzájom pevne viažu bunky srdcového svalu, čo im umožňuje vykonávať obrovské mechanické zaťaženie, pričom zostávajú spojené do jedinej kontraktilnej štruktúry.

Na rozdiel od tesného kontaktu sú všetky typy adhezívnych kontaktov priepustné pre vodné roztoky a nehrajú žiadnu úlohu pri obmedzovaní difúzie.

Medzera kontaktov (nexusy) sú považované za komunikačné uzly buniek; ide o štruktúry, ktoré sa podieľajú na priamom prenose chemických látok z bunky do bunky, ktoré môžu hrať veľkú fyziologickú úlohu nielen vo fungovaní špecializovaných buniek, ale aj zabezpečovať medzibunkové interakcie pri vývoji organizmu, pri diferenciácii jeho bunky (obr. 13).

Charakteristickým znakom tohto typu kontaktu je spojenie plazmatických membrán dvoch susedných buniek na vzdialenosť 2-3 nm. Bola to práve táto okolnosť, ktorá dlho neumožňovala rozlíšiť tento typ kontaktu od hustého separačného (zatváracieho) kontaktu na ultratenkých rezoch. Pri použití hydroxidu lantanitého sa pozorovalo, že niektoré tesné spoje by umožnili prechod kontrastnej látky. V tomto prípade lantán vyplnil tenkú medzeru asi 3 nm širokú medzi blízkymi plazmatickými membránami susedných buniek. Z toho vznikol termín medzerový kontakt. Ďalší pokrok v dešifrovaní jeho štruktúry bol dosiahnutý metódou zmrazovania-štiepenia. Ukázalo sa, že na rozštiepených membránach sú zóny štrbinových kontaktov (veľkosti od 0,5 do 5 μm) bodkované šesťuholníkovými časticami s periódou 8-10 nm, priemerom 7-8 nm, s kanálom asi 2 nm široký v strede. Tieto častice sa nazývajú konexóny.

V zónach medzerového spojenia môže byť od 10 do 20 až po niekoľko tisíc konexónov, v závislosti od funkčných charakteristík buniek. Konektory boli izolované preparatívne, pozostávajú zo šiestich podjednotiek konektinu - proteínu s molekulovou hmotnosťou okolo 30 tis.. Spojením navzájom vytvárajú konektiny valcovitý agregát - spojku, v strede ktorej je kanál.

Jednotlivé konexóny sú zapustené v plazmatickej membráne tak, že ju prepichnú. Jeden konexón na plazmatickej membráne bunky je presne oproti konexónu na plazmatickej membráne susednej bunky, takže kanály dvoch konexónov tvoria jeden celok. Konexóny zohrávajú úlohu priamych medzibunkových kanálov, cez ktoré môžu ióny a látky s nízkou molekulovou hmotnosťou difundovať z bunky do bunky. Zistilo sa, že konexóny sa môžu uzatvárať, meniť priemer vnútorného kanála, a tým sa podieľať na regulácii transportu molekúl medzi bunkami.

Funkčný význam medzerových spojov bol pochopený zo štúdia obrovských buniek slinných žliaz Diptera. Vzhľadom na ich veľkosť je možné do takýchto buniek ľahko zaviesť mikroelektródy, aby bolo možné študovať elektrickú vodivosť ich membrán. Ak vložíte elektródy do dvoch susedných buniek, ich plazmové membrány vykazujú nízky elektrický odpor a medzi bunkami tečie prúd. Táto schopnosť medzerových spojov slúžiť ako miesto pre transport nízkomolekulových zlúčenín sa využíva v tých bunkových systémoch, kde je potrebný rýchly prenos elektrického impulzu (excitačnej vlny) z bunky do bunky bez účasti nervového prenášača. Všetky svalové bunky srdcového myokardu sú teda spojené pomocou medzerových spojov (navyše sú tam bunky spojené aj adhezívnymi spojmi). To vytvára podmienku pre synchrónnu redukciu obrovského počtu buniek.

S rastom kultúry embryonálnych buniek srdcového svalu (kardiomyocytov) sa niektoré bunky vo vrstve začnú spontánne kontrahovať nezávisle od seba na rôznych frekvenciách a až po vytvorení medzerových spojov medzi nimi začnú synchrónne biť ako jediná kontrahujúca vrstva buniek. Rovnakým spôsobom je zabezpečená kĺbová kontrakcia buniek hladkého svalstva v stene maternice.

Synaptický kontakt(synapsie). Tento typ kontaktu je charakteristický pre nervové tkanivo a vyskytuje sa ako medzi dvoma neurónmi, tak aj medzi neurónom a nejakým ďalším prvkom – receptorom alebo efektorom (napríklad nervovosvalové zakončenie) (obr. 14).

Synapsie sú oblasti kontaktu medzi dvoma bunkami špecializovanými na jednostranný prenos excitácie alebo inhibície z jedného prvku na druhý. V zásade môže byť tento druh funkčnej záťaže a prenosu impulzov uskutočňovaný inými typmi kontaktov (napríklad medzerovým spojením v srdcovom svale), ale pri synaptickej komunikácii sa dosahuje vysoká účinnosť pri realizácii nervového impulzu.

Na procesoch nervových buniek sa tvoria synapsie - to sú koncové úseky dendritov a axónov. Interneurónové synapsie majú zvyčajne hruškovité rozšírenia, plaky na konci procesu nervových buniek. Takéto koncové predĺženie procesu jednej z nervových buniek môže byť v kontakte a vytvárať synaptické spojenie ako s telom inej nervovej bunky, tak aj s jej procesmi. Periférne procesy nervových buniek (axónov) vytvárajú špecifické kontakty s efektorovými bunkami alebo receptorovými bunkami. Preto je synapsia štruktúra vytvorená medzi oblasťami dvoch buniek (rovnako ako desmozóm). Membrány týchto buniek sú oddelené medzibunkovým priestorom – synaptickou štrbinou širokou asi 20-30 nm. Často je v lúmene tejto medzery viditeľný jemne vláknitý materiál umiestnený kolmo na membrány. Membrána v oblasti synaptického kontaktu jednej bunky sa nazýva presynaptická, druhá, ktorá prijíma impulz, sa nazýva postsynaptická. V elektrónovom mikroskope vyzerajú obe membrány husté a hrubé. V blízkosti presynaptickej membrány sa zisťuje veľké množstvo malých vakuol, synaptických vezikúl naplnených vysielačmi. Synaptické vezikuly v momente prechodu nervového vzruchu uvoľnia svoj obsah do synaptickej štrbiny. Postsynaptická membrána sa často javí hrubšia ako normálne membrány v dôsledku akumulácie mnohých tenkých fibríl v jej blízkosti na cytoplazmatickej strane.

Plazmodesmata. Tento typ medzibunkovej komunikácie sa nachádza v rastlinách. Plazmodesmata sú tenké tubulárne cytoplazmatické kanály spájajúce dve susediace bunky (obr. 15). Priemer týchto kanálov je zvyčajne 20-40 nm. Membrána obmedzujúca tieto kanály priamo prechádza do plazmatických membrán susedných buniek.

Plazmodesmata prechádzajú cez bunkovú stenu, ktorá oddeľuje bunky. V niektorých rastlinných bunkách teda plazmodesmata spájajú hyaloplazmu susedných buniek, takže formálne nedochádza k úplnej demarkácii, oddeleniu tela jednej bunky od druhej, predstavuje skôr syncýcium: spojenie mnohých bunkových území pomocou cytoplazmy. mosty.

Membránové tubulárne prvky spájajúce cisterny endoplazmatického retikula susedných buniek môžu preniknúť dovnútra plazmodesmat. Plazmodesmata sa tvoria pri delení buniek, kedy sa buduje primárna bunková membrána. V novo rozdelených bunkách môže byť počet plazmodesmát veľmi veľký (až 1 000 na bunku), ako bunky starnú, ich počet klesá v dôsledku prasknutia so zvyšujúcou sa hrúbkou bunkovej steny.

Funkčná úloha plazmodesmat je veľmi veľká: s ich pomocou je zabezpečená medzibunková cirkulácia roztokov obsahujúcich živiny, ióny a iné zlúčeniny.