При выходе из сосуда во внеклеточное пространство нашему взору открывается поистине устрашающее зрелище, при виде которого на память невольно приходят сцены из диких джунглей, столь любимые художниками-иллюстраторами первых книг о дальних путешествиях. Разница лишь в том, что наблюдаемые нами сцены разыгрываются в подводном царстве. Между толстыми стволами, наклонившимися во всех’ направлениях, тянутся густые переплетения лианоподобных нитей (филаментов). В одних местах эта сеть почти непроходима, в других она представляет собой тончайшую филигранную вязь. Так, по крайней мере, нами воспринимается этот мир на молекулярном уровне через наши увеличивающие в миллион раз «очки». Если мы уменьшим увеличение в несколько сотен раз, то обнаружим, что этот кажущийся молекулярный беспорядок преобразуется в микроскопический порядок в виде волокон, покрытий, пластин и других структурных элементов.
Основным молекулярным компонентом этих внеклеточных структур является коллаген — вещество, которое промышленным способом извлекается из костей, и используется для получения желатина и клея. Отсюда и произошло его название . Коллаген представляет собой белок. Основной его единицей является длинная полипептидная цепь из 1055 аминокислот. Особенно богат он такими аминокислотами, как глицин, пролин и гидроксипролин. Обратите внимание на то, что гидроксипролин не значится в списке 20 аминокислот, приведенном в табл. 1. Он образуется из остатков пролина уже после синтеза полипептида и характерен для коллагена. Специфичной чертой этого полипептида является также его скручивание в лево-закрученную спираль с шагом примерно 1 нм, совершенно отличную от а-спирали, упомянутой раньше. Три такие цепи объединяются в правозакрученную спиральную нить толщиной примерно 1,5 нм и длиной 300 нм с 3-нм повторением (или 9-нм шагом каждой отдельно взятой цепи).
Эта свитая из трех нитей молекула, называемая тропоколлагеном , является строительным материалом для коллагена. Пользуясь «молекулярными очками», мы увидим этот строительный блок в виде короткой веревочки толщиной чуть более ‘1/го дюйма и длиной почти в фут. Способность этого хрупкого материала образовывать окружающие нас массивные стволы объясняется природной способностью молекул тропоколлагена соединяться бок о бок в виде лесенки. Это свойство позволяет им спонтанно собираться в волокна практически любой длины и толщины. Расположение нитей таково, что С-терминальные головки соседних молекул тропоколлагена отстоят ступенеобразно друг от друга точно на 67 нм. Для размещения полной молекулы тропоколлагена (300 нм) необходимо как минимум пять повторяющихся ступеней (335 нм), при этом между головками и хвостами двух последовательно расположенных молекул остается щель в 35 нм. Поскольку эти щели расположены точно относительно друг друга по всей толщине волокна, в итоге образуются характерные поперечнополосатые структуры, отстоящие друг от друга-на 67 нм. Каждая полоса соответствует участку, где ‘Д толщины волокна полая. Это свободное пространство играет важную роль. В кости, например, в нем происходит минерализация.
Тропоколлаген является предшественником молекулы, названной проколлагеном, в состав которой входят дополнительные терминальные и С-участки, предупреждающие преждевременную самосборку. Только после выделения проколлагена во внеклеточное пространство происходит его обработка ферментами, удаляющими лишние части. Образовавшиеся таким образом волокна подвергаются дальнейшим изменениям, включая укрепление за счет поперечных связей. Принято считать, что эти процессы продолжаются в течение всей жизни организма и причастны к наблюдаемому по мере старения организма снижению эластичности соединительнотканных структур.
Коллагеновые волокна — основные компоненты жесткого каркаса, посредством которого укрепляются поддерживающие структуры. Эти волокна можно уподобить стальным прутьям в железобетоне или волокнам стекловолокна. Расположенные параллельными пучками, они участвуют в создании самых разных продольных частей организма, вплоть до связок и сухожилий. Их пространственные переплетения формируют каркас тканей и органов, включая части собственно скелета, такие, как хрящ и кость.
Эти разнообразные структуры строятся из нескольких различных типов коллагена. Один из них, тип IV, обычно встречается в плоских образованиях. В сочетании с другими белками, такими, как ламинин и фибронектин , и протеогликанами {см. ниже) он образует эластичное пластинообразное вещество толщиной 50—100 нм, из которого состоят так называемые базальные мембраны. Термин «базальные мембраны», возникший на заре гистологии, нельзя считать удачным. Строение базальных мембран в корне отличается от строения клеточных мембран, с которыми нам предстоит встретиться. По существу они представляют собой стенки. Иногда они окружают отдельные клетки, уподобляясь стенкам бактериальных или растительных клеток, однако чаще окружают или поддерживают многоклеточные образования различных форм и размеров. Одной из функций базальной мембраны является снабжение клетки покрытием, благодаря которому последняя в состоянии ползать или прикрепляться. Другая функция — служить молекулярным фильтром. Базальные мембраны капилляров играют особенно важную роль при отборе веществ, которые проникают из крови в ткани. Наиболее совершенный по структуре и функции < такой фильтр находится в капиллярах мозга (так называемый гематоэнцефали- ческий барьер).
В некоторых участках, например в артериальной стенке, используется другой филаментозный белок — эластин. Подобно коллагену, эластин собирается в нити, которые в свою очередь формируют более сложные стуктуры, главным образом волокна и плоские пластины, или ламеллы. Однако в отличие от аналогичных структур, построенных из коллагена, эластиновые волокна стремятся принять волнистую или ребристую форму, что позволяет им растянуться до полутора раз и вновь спонтанно сократиться, как только закончится растяжение. Как свидетельствует само ваз- вание, эластин придает эластичность (упругость) соответствующим образованиям.
Подобно железобетону или стекловолокну, фиброзная сеть поддерживающих структур погружена в аморфный метрике, или наполнитель, носящий название основного вещества, которое на молекулярном уровне представляет собой ячеистое образование из тонких макромолекул. Эти молекулы включают ряд важных полисахаридов, многие из которых одним концом прикреплены к протеиновому стержню (протеогликаны). В зависимости от природы макромолекул и их жесткости образующийся матрикс может быть либо вязкой жидкостью, либо вести себя как гель, либо достигать твердости и упругости хряща или панциря морского рака. Иногда, как, например, в костной ткани, зубах, кораллах, в раковинах моллюсков и в других биоминеральных структурах, матрикс в значительной степени заполнен кристаллическими отложениями минеральных солей.
Как правило, на пути в клетку встает еще одно препятствие: богатое углеводами покрытие, так называемая поверхностная оболочка, или глйкокаликс (греч. ка1ух — оболочка). Ее толщина и внешний вид варьируют в зависимости от типа клетки от едва различимого нежнейшего пушка до настоящей базальной мембраны. Связанная с клеточной мембраной относительно слабыми силами, поверхностная оболочка служит для поддержания определенного микроокружения вокруг клеток, защищая их от некоторых физических или химических воздействий, а также помогая им распознавать родственные структуры и устанавливать связи с ними и с соединительнотканными структурами.
