1.1.1. Эндоцитоз

Эндоцитоз – везикулярный перенос жидкостей, макромолекул и небольших твердых частиц вместе с частью плазмалеммы из внешней для клетки среды в клетку. В зависимости от направления транспорта и характера транспортируемых веществ различают 3 типа механизмов эндоцитоза: пиноцитоз, фагоцитоз и рецепторно-опосредованный эндоцитоз или клатрин-зависимый эндоцитоз .

Независимо от типа механизма, любой эндоцитоз проходит по одному плану (рис.33):

1 - образуется впячивание в месте контакта плазмалеммы с поглощаемым веществом с образованием ямки;

2 - ямка углубляется, её края слипаются и смыкаются; образуется пузырек – везикула, в полости которого находится поглощенное вещество;

3 - пузырек отщепляется и проникает внутрь цитоплазмы клетки.

Рис.33. Механизм эндоцитоза. Объяснение в тексте (Из: Фаллер, 2003)

Пиноцитоз ( от греч. «пино» - пью и «цитос» - клетка) - это процесс переноса воды и растворенных в ней внеклеточных макромолекулярных соединений через плазмалемму и поглощение их клеткой. В месте захвата поглощаемые вещества неспецифически воздействуют на рецепторы мембраны. Это воздействие передается на подмембранный слой микрофиламентов и далее на цитоскелет, который вызывает впячивание плазмалеммы в виде тонкого канальца или ямки (рис.34).

Рис.34. Процесс образования пиноцитозных пузырьков: А – образование пиноцитозного канала (1), отпочковывание от канала пиноцитозных пузырьков (2), пиноцитозные пузырьки, отпочковывающиеся от ямки; Б – образование ямки (1) и пузырька(2) ( Из: Интернет-ресурсов с сайта: biologiamedica.blogspot.com GIF 800×600)

В них и попадает жидкость с растворенными в ней веществами. От канальца затем отпочковываются пузырьки ; они отщепляются от мембраны и проникают внутрь клетки. Если образуется ямка, то она углубляется, края её слипаются, а затем смыкаются и отщепляется пузырек (рис. 35Б-2 )

Несмотря на малые размеры пиноцитозных пузырьков, их многочисленность позволяет доставлять в клетку большое количество веществ. Пиноцитоз может быть очень интенсивным процессом; в некоторых клетках вся плазматическая мембрана поглощается и восстанавливается за один час. Пиноцитозные пузырьки, содержащие макромолекулы, в клетке сливаются и образуют ранние эндосомы. которые, сливаясь с первичными лизосомами, превращаются в поздние эндосомы или вторичные лизосомы. В них и происходят процессы расщепления (рис.35).

Пиноцитозные пузырьки могут оставаться в клетке, но могут мигрировать в противоположную от места образования сторону клетки и там, встраиваясь в плазмалемму, выбрасывать свое содержимое из клетки. Этот процесс называется трансцитоз (рис. 36). Он обеспечивает транспорт веществ, поступивших в клетку извне к различным местам внутри клетки, в другие клетки, а также в клетки других слоев ткани. Особенно активно он протекает в клетках кровеносных и лимфатических сосудов. Таким образом, транспортируются иммуноглобулины матери через молоко в организм ребенка.

Рис.35. Процесс обра-зования вторичных лизо-сом при участии пиноци-тозных пузырьков ((Из: Интернет-ресурсов с сай-та health. mail.ru)

Рис. 36. Трансцитоз (Из: Ин- тернет-ресурсов с сайта health. mail.ru)

Фагоцитоз (от греч. «фагос» - пожирать и «цито с» - клетка) – это захват клетками относительно крупных нерастворенных в воде (0,5 мкм) частиц и высокомолекулярных соединений с помощью актин-зависимого механизма. Клетки, обеспечивающие подобный захват называются фагоцитами.

Рис.37. Схема фагоцитоза. Объяснение в тексте (Из: Фаллер, 2003)

Фагоцитоз включает в себя восемь этапов (рис. 38):

Рис. 37. Схема фагоцитоза (Из: Ярилин A.A., 20 )

1 – хемотаксис, который обеспечивает приближение фагоцита к микробной клетке. Хемотаксис - это движение клеток в сторону высокой концентрации химических факторов: хемотоксинов или хемоаттрак- тантов, которые выделяются микроорганизмами или активизируются клеткой в месте осуществления фагоцитоза , например, в очаге воспаления (цитокины, лейкотриен В4, гистамин) (рис.38,1);

2 - прилипание фагоцита к объекту поглощения (рис.38,2). Мембрана фагоцита несет специфичные рецепторы на своей поверх- ности и своеобразные химические замочки, с помощью которых микроорганизм пристегивается к фагоциту.

3 - активация мембраны фагоцита под действием С-протеинкиназы. Осуществляется подготовка к погружению поглощаемого объекта в клетку, важным моментом которой выступает процесс полимеризации актина подмембранного слоя клеточной оболочки. Для запуска этого процесса молекулы поглощенной частицы взаимодействуют с поверхностными рецепторами фагоцита (например, Fс-рецептор). Рецептор генерирует сигнал, который активизирует близлежащие молекулы гиалоплазмы (например,srс-киназа), те, в свою очередь, фосфорилируют цитоплазматическую часть поверхностного Fс-рецептора. Сигналы фосфорилирования полимеризуют G-актин (см. Биология клетки: структура цитоскелета), что приводит к формированию F-актина. F-актин необходим для образования ложноножек, окружающих поглощаемую частицу (рис. 38,3).

4 - погружение частиц в фагоцит. При погружении частицы в цитоплазму, соприкасающаяся с ней часть мембраны впячивается в клетку. Образуются ложноножки, которые обволакивают частицу, таким образом, что вокруг объекта образуется оболочка из фагоцита (рис.38, 4);

5 - образуется везикула, состоящая из крупных частиц, окруженных плазмолеммой, которая называется фагосома (рис.38,5).

6 - фагосома сливается с первичной лизосомой, содержащей ферменты - гидролазы, расщепляющие жиры, белки и углеводы (рис.38,6). В результате образуется фаголизосома или вторичная лизосома. При слиянии мембран фагосомы и лизосомы происходит изменение струк- туры мембраны фагосомы: рецепторы белка (М-6-Ф-рецептор и Fс-рецептор возвращаются назад к плазмалемме, взамен им мембрана фагосомы приобретает другие молекулы (например, Ловушки), которые облегчают слияние мембран фагосомы и лизосомы.

7 - в фаголизосоме происходит разрушение поглощенных частиц под действием гидролаз (рис.38,7).

8 - фагоцитоз завершается выбросом остатков объекта, не приносящих организму вреда (рис.38,8). Объектом фагоцитоза способны выступить вирусы, бактерии, грибки, а также другие частицы, не являющиеся генетически родственными данному организму.

У многоклеточных организмов фагоцитоз обеспечивает:

1 - механизм защиты организма-хозяина от микроорганизмов;

2 - механизм обновления тканей и заживления ран путем поглоще- ния поврежденных и постаревших клеток.

Для микроорганизмов фагоцитоз является защитой от антител и цитотоксичных веществ.

Фагоцитоз млекопитающих осуществляют клетки 3 типов: нейтрофилы, моноциты и макрофаги. Рецепторы этих клеток распознают иммуноглобулины и другие молекулы иммунной системы.

Крупные частицы или внедрившиеся бактерии сначала окружаются иммуноглобулинами (опсонинами) (рис.38). Этот процесс называется опсонизацией. Опсонинами являются  вещества, обеспечивающие связывание бактерий и антигенов фагоцитами. К ним относятся антитела (IgA, IgG), лектин, связывающий маннозу М-6-Ф- рецептора , фибронектин и др.

Рис. 38. Процесс опсонизации, предшествующий фагоцитозу (Из: Фаллер,2003)

Рецепторы фагоцита распознают иммуноглобулин и связываются с ним и начинается процесс фагоцитоза (рис.39). Процесс сопровождается выработкой фагоцитом сигнальных молекул (радикалы О₂ и N₂), ферментов, разрушающих внеклеточный матрикс и другие компоненты, мобилизирующие процесс воспаления.

Кроме этих, основных фагоцитов, фагоцитирующей способностью обладают фибробласты, поглощающие коллаген; клетки эпителия сетчатки, захватывающие палочки и др.

Рис. 39. Схема фагоцитоза, осуществляемый макрофагом с помощью опсонино

а - фиксация опсонинов на поверхности поглошаемой частицы, б – обра- зование прочной связи поглошаемой частицы с макрофагом, в - образование лож- ноножек и погружение поглошаемой частицы внутрь макрофага, г - перемещение частицы внутрь макрофага и ее "переваривание" (Из: Ярилин A.A., 20 )

  Рецепторно-опосредованный эндоцитоз – это эндоцитоз, при котором поглощаемое с поверхности клетки вещество (лиганд) предварительно связывается со специфическими рецепторами плазмолеммы (рис.40) и транспортируется в клетку в составе окаймленного пузырька. При этом обеспечивается определенные преимущества перед другими видами эндоцитоза:

Рис. 40. Схема рецепторно-опосредованного эндоцитоза (Из: Фаллер, 2003)

1 - поглощаются только определенные молекулы и обеспечивается их избирательное связывание;

2 - происходит более быстрое поглощение лиганда в комплексе с рецепторами клетки;

3 - возможность удаления определенного лиганда из внеклеточной среды.

Рецепторно-опосредованный эндоцитоз осуществляется с помощью клатриновых везикулярных пузырьков, называемых также окаймленными (см.рис.30) и начинается со связывания лиганда с рецеп- тором мембраны, который находится в определенным месте поверх- ности, называемом окаймленная ямка (рис.41 из фаллер стр. 109).

Поверхность окаймленной ямки со стороны цитоплазмы покрыта клатрином. За связыванием следует образование окаймленного пузырька. Он входит в клетку и сливается там с первичной лизосомой с образованием вторичной лизосомы. Далее, в зависимости от характера лиганда и рецептора рецепторно-опосредованный эндоцитоз может пойти по следующим путям:

1 - рецептор возвращается к плазмалемме, лиганд разрушается во вторичной лизосоме;

2 - лиганд-рецепторный комплекс возвращается к плазмалемме;

3 - лиганд-рецепторный комплекс разрушается в лизосоме; такой путь осуществляется в процессе обеспечения клеточного ответа, в случае необходимости удаления рецептора с поверхности клетки;

4 - лиганд-рецепторный комплекс транспортируется через клетку и доставляется на её другую сторону.

Рецепторно – опосредованный эндоцитоз обеспечивает поступление в клетку:

1-транспортных белков: ЛНП (липопротеины низкой плотности), транспортирующий холестером и трансферрин, траснпортирующий железо;

2- факторы роста (соматотропный гормон роста, фактор роста тромбоцитов), инсулин, цитокины - вещества, обусловливающие клеточный ответ (подробнее см.ниже: «Передачи сигналов в клетку»);

3-вирусы и токсины;

4- пептидные гормоны, иммунные комплексы;

5-циторецепторы;

6-желточные включения в овоците и ряд других веществ.

Нарушения рецепторно-опосредованного эндоцитоза приводят к ряду серьезных заболеваний. Одно из них семейная гиперхолестеролемия. Это заболевние обусловливается повышением уровня ЛНП в плазме крови в связи с нарушением связывания холестерола с рецептором ЛНП. Это нарушение вызывается мутацией гена рецептора ЛНП; при этом рецептор ЛНП не может связаться с холестеролом и он не попадает в клетку. Такой ген называется рецепторно-негативным. Другая мутация этого гена вызывает недостаточность поступления холестерола, третья мутация этого гена нормально связывает рецептор и холестерол, но нарушается процесс перемещения комплекса лиганд-рецептор к окаймленной ямке.

Рецепторно-опосредованный эндоцитоз является одним из вариан- тов пино- и фагоцитоза в иммунных процессах.