Транспорт макромолекул

Эндоцитоз. Транспорт макромолекул в клетку осуществляется с помощью механизма эндоцитоза (от греч. endo – внутрь и cytos – клетка). Материал, находящийся во внеклеточном пространстве, захватывается в области впячивания (инвагинации) плазмолеммы, края которой смыкаются с формированием эндоцитозного пузырька или эндосомы– мелкого сферическою образования, герметически окруженного мембраной. Далее содержимое эндосомы подвергается внутриклеточной переработке (процессингу). В частности, в эндосоме в условиях закисления среды происходит отделение лиганда от рецептора (последний в дальнейшем используется повторно). Разновидностями эндоцитоза служат пиноцитоз и фагоцитоз.

Рисунок 11 – Эндоцитоз. Разные типы образования пиноцитозных пузырьков (А, Б).

1 – сорбция частиц на поверхности плазматической мембраны; 2 – погружение частиц в

цитоплазму; 3 – первичные лизосомы.

Пиноцитоз – захват и поглощение клеткой жидкости или растворимых веществ; подразделяется на макропиноцитоз (диаметр эндосом 0,2-0,3 мкм) и микропиноцитоз (диаметр эндосом – 70- 100 нм).

Фагоцитоз – захват и поглощение клеткой плотных, обычно крупных (размером более 1 мкм) частиц; обычно сопровождается образованием выпячиваний цитоплазмы - псевдоподий, охватывающих объект фагоцитоза и смыкающихся над ним.

Рисунок 12 –– Пиноцитоз (1) и фагоцитоз (2): ПС – пиносомы, ОФ – объект фагоцитоза, ПП – псевдоподии, ФС – фагосома.

11. Какой механизм эндоцитоза?

Рецепторно-опосредованный эндоцитоз. Эффективность эндоцитоза существенно увеличивается, если он опосредован мембранными рецепторами, которые связываются с молекулами поглощаемою вещества или молекулами, находящимися на поверхности фагоцитируемого объ­екта - лигандами. В дальнейшем (после по­глощения вещества) комплекс рецептор-лиганд расщепляется, и рецеп­торы могут вновь возвратиться в плазмолемму.

Примером рецепторно-опосредованного взаимодействия может служить фагоцитоз лейкоцитом бактерии (смотри рисунок9). Поскольку на плазмолемме лейкоцита имеются рецепторы к иммуноглобулинам (антителам), скорость фагоцитоза резко возрастает, если поверхность бакте­рии покрыта антителами (опсонинами).

Окаймленные пузырьки и ямки. Рецепторы макромолекул в плазмолемме ,перемещаясь латерально по клеточной поверхности, могут, связывая свои лиганды, накапливаться в области формирующихся эндоцитозных ямок. Очень часто вокруг таких ямок и образующихся из них пузырьков со стороны цитоплазмы собирается оболочка из белка клатрина. В покрытых клатриновой оболочкой (окаймленных) ямках рецепторные белки мембраны вытесняют все остальные; таким образом, ямки действуют как приспособления для накопления и сортировки молекул. Этим механизмом достигается и значительная экономия в ходе процесса эндоцитоза: для поглощения определенного количества моле­кул лиганда требуется значительно меньше пузырьков, чем было бы в случае диффузного распределения комплексов рецептор-лиганд.

Окаймленная ямка достигает своего максимального размера (около 0,3 мкм) в течение 1 мин и превращается в окаймленный пузырек. Его содержимое может подвергаться процессингу лишь после того, как через несколько секунд он утратит клатриновую оболочку. Если она сохраняется, то пузырек не способен сливаться с другими структурами (аналогичными пузырьками, лизосомами), и его содержимое остается неизмененным. Окаймленные эндоцитозные пузырьки транспортируют имму­ноглобулины, белки желточных включений (в цитоплазму овоцитов), факторы роста, липопротеины низкой плотности (ЛНП). Некоторые транспортные мембранные пузырьки в цитоплазме окружены неклатриновой белковой оболочкой.

Рисунок 13 – Рецепторно-опосредованный эндоцитоз: ПЛ – плазмолемма; Л – лиганд, Р – рецепторы; ОЯ – окаймленная ямка; ОП – окаймленный пузырек; КО – клатриновая оболочка.   12. Что может происходить при нарушении эндоцитоза?

Нарушение транспорта ЛНПприводитк наследственному заболеванию - семейной гиперхолестеринемии – вызванной отсутствием или наличием дефектных рецепторов ЛНП, не способных связывать лиганд или накапливаться в окаймленных ям­ках. При этом поглощение клетками холестерина, поступающего с ЛНП, ослаблено, а его уровни в крови резко повышены, вызывая быс­трое развитие атеросклероза и смерть больных в молодом возрасте от ишемической болезни сердца.

13. Какой механизм экзоцитоза?

Экзоцитоз – процесс, обратный эндоцитозу, при котором мембранные экзоцитозные пузырьки приближаются к плазмолемме и сливаются с ней своеймембраной, которая встраивается в плазмолемму. При этом содержимое пузырьков (продукты собственного синтеза клетки или транспортируемые ею молекулы, непереваренные или вредные вещества и др.) выделяется во внеклеточное пространство.

Судьба выделяемых экзоцитозом синтезированных клеткой молекул неодинакова: 1) прикрепляясь к клеточной поверхности, они могут ста­новиться периферическими белками (например, антигенами);

2) они мо­гут войти в состав межклеточного вещества (например, коллаген и гликозаминогликаны;

3) попадая во внеклеточную жидкость, они мо­гут выполнять роль сигнальных молекул (гормоны, цитокины).

Рисунок 14 – Эндоцитоз (1) и экзоцигоз (2). ВКП - внеклеточное пространство. ПЛ - плазмолемма. ЭНП - эндоцитозный пузырек. ЭКП - экзоцитозный пузырек. ФГБ - фузогенные белки.

Трансцитоз - процесс, характерный для некоторых типов клеток, объединяющий признаки эндоцитоза и экзоцитоза. На одной поверхности клетки форми­руется эндоцитозный пузырек, который переносится к противополож­ной поверхности клетки и, становясь экзоцитозным пузырьком, выделя­ет свое содержимое во внеклеточное пространство. Процессы трансцитоза протекают очень активно в цитоплазме плоских клеток, выстилающих сосуды (эндотелиоцитах), особенно в капиллярах. В этих клетках пузырьки, сливаясь, могут образовывать временные трансцеллюлярные каналы, через которые транспортируются водорастворимые молекулы.

Ход образования эндоцитозных пузырьков опосредуется особыми фузогенными мембранными белками, которые концентрируются в участках инвагинации плазмолеммы. Эти же белки при экзоцитозе способствуют слиянию мембраны пузырька с плазмолеммой. Важную роль в процессах эндоцитоза и экзоцитоза выполняют элементы цитоскелета, в частности микрофиламенты и микротрубочки.

14. Как достигается баланс процессов эндоцитоза и экзоцитоза?

Баланс процессов эндоцитоза и экзоцитоза. Эндоцитоз вследствие постоянной отшнуровки пузырьков с поверхности плазмолеммы должен приводить к уменьшению ее площади при одновременном увеличении объема клетки. Так, например, в макрофагах за 1 ч за счет эндоцитоза вносится до 25% объема цитоплазмы, а за 0,5 ч общая площадь поверхности эндоцитозных пузырьков составляет 100% площади плазмолеммы. При экзоцитозе, напротив, постоянно происходит увеличение площади плазмолеммы вследствие встраивания в нее мембраны экзоцитозных пузырьков. Так, в секреторной клетке ацинуса поджелудочной железы совокупная площадь мембраны секреторных гранул в 30 раз больше, чем поверхность плазмолеммы.

Вместе с тем в действительности активные процессы эндоцитоза и экзоцитоза не приводят к существенным изменениям площади поверхности плазмолеммы, так как они уравновешиваютсяформированием экзоцитозных и эндоцитозных пузырьков, соответственно, компенсирующим происходящую потерю мембраны или ее увеличение за счет противоположно направленного процесса. Эти явления отражают постоянно происходящий в клетке круговорот мембран, который получил название "мембранного конвейера".