53. Эндоцитоз

54. Фагоцитоз

Эндоцито́з — процесс захвата внешнего материала клеткой, осуществляемый путём образования мембранных везикул. Различают фагоцитоз, пиноцитоз и рецептор-опосредованный эндоцитоз.

• Фагоцитоз. Образуется большая фагосома. Путем слияния фагосомы с лизосомой образуется фаголизосома. В кислой среде гидролитические ферменты расщепляют макромолекулы. Продукты расщепления (аминокислоты, моносахариды и прочие полезные вещества) транспортируются затем через лизосомную мембрану в цитоплазму клетки. Фагоцитарная деятельность лейкоцитов и макрофагов имеет огромное значение в защите организма. Фагоцитоз впервые описал русский ученый И. И. Мечников. Всегда опосредован рецепторами. На бактерии (антигены) садятся антитела, которые воспринимаются рецепторами клеток крови.

• Пиноцитоз . Отшнуровываются первичные эндосомы. После к ней подходит лизосома, и эти два мембранных пузырька сливаются в эндолизосому. Процесс пиноцитоза конститутивен.

• Рецептор-опосредованный эндоцитоз — активный специфический процесс. Например, когда клетке необходимо что-то , она экспрессирует рецепторы для этого лиганда на плазматической мембране. Лиганд находит свой рецептор, представляющий из себя интегральный белок, связанный с внутренней стороны с клатрином (семейстро COP белков – coated proteins. 3 Клатрина+3 нмс белка=трехлучевая свастика). Это окаймленная ямка позволяет сделать окаймлённые везикулы. Мембраны сшиваются динаминами. Окаймление позволяет передвигаться по цитоскелету, куда надо. Эти пузырьки быстро теряют свою кайму и сливаются между собой, образуя более крупные пузырьки — эндосомы. После чего эндосомы сливаются с лизосомами, в результате чего формируются эндолизосомы. Протонные помпы с лизосомах закачивают протоны в нее. В кислой среде происходит распад рецептора и лиганда, работа гидролитических ферментов.

53. Внутриклеточный везикулярный транспорт

Транспорт ВМС внутрь клетки осуществляется путем везикулярного переноса. Любые клеточные мембраны не способны к трансмембранному переносу биополимеров, за исключением мембран, имеющих особые белковые переносчики – порины (мембраны митохондрий, пластид, пероксисом). Везикулярный перенос это экзоцитоз и эндоцитоз.

Основное биологическое значение эндоцитоза – это получение строительных блоков за счет внутриклеточного переваривания, которое осуществляется на втором этапе эндоцитоза – в эндолизосоме. Эндоцитоз формально разделяют на пиноцитоз и фагоцитоз. При поглощении происходит изменение морфологии клеточной поверхности: возникают небольшие впячивания или появляются выросты в виде складок. Первый тип возникновения характерен для клеток эндотелия, для амеб. Второй – для фагоцитов и фибробластов. Вслед за перестройкой поверхности следует процесс слипания и слияния контактирующих мембран с помощью динаминов. Эндоцитоз происходит в специализированных участках - окаймленные ямки, где со стороны цитоплазмы плазматическая мембрана покрыта тонким (20 нм) волокнистым слоем. Эти ямки есть почти у всех клеток животных, занимают 2% всей клеточной поверхности. Окаймляющий слой состоит из белка клатрина, ассоциированного с рядом дополнительных белков. Три молекулы клатрина вместе с тремя молекулами низкомолекулярного белка образуют трехлучевую свастику. Клатриновые трискелионы образуют рыхлую сеть, состоящую из пяти- и шестиугольников напоминающих корзинку. Клатриновый слой одевает весь периметр пузырьков. Клатрин относится к семейству COP. Эти белки связываются с интегральными белками – рецепторами и образуют одевающий слой пузырька. В отделении первичной эндосомы участвуют белки – динамины, которые полимеризуются вокруг шейки отделяющегося пузырька. После того, как окаймленный пузырек отделится от плазмалеммы и начнет переноситься в глубь цитоплазмы, клатриновый слой распадается, мембрана эндосом приобретает обычный вид. Эндосомы начинают сливаться друг с другом. Биологический смысл клатрина – обеспечение сцепления окаймленных пузырьков с элементами цитоскелета и последующий транспорт в клетке, а также препятствование слияния друг с другом. Дальнейшая судьба эндосом различна. Часть из них возвращается к поверхности клетки и сливается с ней, но большая часть вступает в процесс внутриклеточного пищеварения. Первичные эндосомы сливаются с лизосомами, которые вводят в полость эндосом гидролитические ферменты гидролазы, осуществляющие пищеварение.

Рецепторный эндоцитоз имеет ряд отличий. Поглощаются молекулы, для которых на плазматической мембране есть специфические рецепторы. Часто такие молекулы называют лигандами. Клетке что-то понадобилось, она берет эти конкретные вещи из окр среды. Специальные рецепторы мембраны узнают белковый компонент и образуют специфический комплекс рецептор-лиганд. Вслед за этим такой комплекс перемещается в зону окаймленных ямок и окружается мембраной и погружается в цитоплазму. Дальнейшая судьба поглощенной частицы заключается в том, что она подвергается распаду в составе эндолизосомы. Пузырьки с рецепторами рециклируются.

Лизосомы с более кислой средой, чем другие клеточные вакуоли. Это связано с наличием в их мембранах белков протонного насоса, закачивающим ионы водорода с одновременной затратой АТФ. Кислая среда играет решающую роль в диссоциации рецепторов и лигандов. Кроме того, кислая среда является оптимальной для активации гидролитических ферментов в составе лизосом. В некоторых случаях, лиганды после связывания с рецепторами погружаются в цитоплазму и переносятся к другой области клетки, где сливаются снова с плазматической мембранной, а белки диссоциируют от рецепторов. Так происходит трансцитозис. Пример – перенос антител.

Фагоцитоз – вариант эндоцитоза. На бактерии (антигены) садятся антитела, которые воспринимаются рецепторами клеток крови.

Плазматическая мембрана принимает участие в выведении веществ из клетки с помощью экзоцитоза. В случае экзоцитоза внутриклеточные продукты, заключенные в вакуоли или пузырьки, подходят к плазматической мембране. В местах их контактов плазматическая мембрана и мембрана вакуоли сливаются и пузырек опустошается в окружающую среду. С помощью экзоцитоза происходит процесс рециклизации мембран, участвующих в эндоцитозе. С экзоцитозом связано выделение разнообразных веществ – гормоны, биогенные амины и т.д. Экзоцитоз или секреция, в большинстве случаев осуществляется в ответ на внешний сигнал (нервный импульс, воздействие гормона, медиатора и т.д), хотя в ряде случаев, происходит постоянно (фибронектин, колллаген). Сходным образом из цитоплазмы растительных клеток выводятся полисахариды (гемицеллюлозы). Выделенные из клеток путем экзоцитоза гидролитические ферменты могут сорбироваться в слое гликокаликса и обеспечивать примембранное внеклеточное расщепление различных биополимеров и органических молекул (экзогидролазы, липазы, протеиназы, амилаза и т.д. в кишечнике).