1. Эндоцитоз

Перенос вещества из среды в клетку вместе с частью плазматической мембраны называют «эн­доцитоз». Путём эндоцитоза (фагоцитоза) клет­ки могут поглощать большие частицы, такие как вирусы, бактерии или обломки клеток. Захват больших частиц осуществляется в основном спе­циализированными клетками — фагоцитами.

Поглощение жидкости и растворённых в ней веществ с помощью небольших пузырьков на­зывают «пиноцитоз». Усвоение веществ механиз­мом эндоцитоза (пиноцитоза) характерно для всех клеток.

Цикл эндоцитоза начинается в определённых участках плазматической мембраны, называемых «окаймлённые ямки». На долю окай­млённых ямок приходится всего 1-2% общей площади мембраны. Белок клатрин образует ре­шётчатые структуры, связанные с углублениями на поверхности плазматической мембраны.

Окаймлённые ямки втягиваются в клетку, су­жаются у основания, отделяются от мембраны, образуя окаймлённые пузырьки (пиноцитозные пузырьки). Время жизни окаймлённых ямок невелико, они формируются в течение минуты, затем совершают цикл эндоцитоза.

Вещества в составе пиноцитозных пузырьков не смешиваются с другими макромолекулами клетки. Они заканчивают свой путь в лизосомах, а мембранные компоненты пузырьков, со­держащие клатрин, возвращаются в плазмати­ческую мембрану.

Эндоцитоз, происходящий с участием рецеп­торов, встроенных в окаймлённые ямки, позво­ляет клеткам поглощать специфические веще­ства. Макромолекулы или частицы связываются рецепторами и накапливаются в окаймлённой ямке. Затем следует погружение в клетку и отде­ление эндоцитозного пузырька, в составе кото­рого находится поглощённое вещество, мембран­ные компоненты окаймлённой ямки и рецептор. В разные окаймлённые ямки могут быть встрое­ны разные рецепторы.

Примером рецептор-зависимого эндоцитоза может служить поступление в клетку холесте-рола в составе липопротеинов низкой плотнос­ти (ЛПНП).

2. Экзоцитоз

Макромолекулы, например белки плазмы крови, пептидные гормоны, пищеварительные ферменты, белки внеклеточного матрикса, липопротеиновые комплексы, синтезируются в клетках и затем секретируются в межклеточное пространство или кровь. Но мембрана непро­ницаема для таких макромолекул или комплек­сов, их секреция происходит путём экзоцитоза. Особенность экзоцитоза в том, что секретируемые вещества локализуются в пузырьках и не смешиваются с другими макромолекулами или органеллами клетки. В ходе экзоцитоза содер­жимое секреторных пузырьков выделяется во внеклеточное пространство, когда они слива­ются с плазматической мембраной.

В организме имеются как регулируемый, так и нерегулируемый пути экзоцитоза. Нерегули­руемая секреция характеризуется непрерывным синтезом секретируемых белков, упаковкой их в транспортные пузырьки в аппарате Гольджи и переносом к плазматической мембране длясекреции. Примером может служить синтез и секреция коллагена фибробластами для форми­рования межклеточного матрикса.

Регуляция секреции инсулина. Повышение концентрации глюкозы приводит к увеличению соотношения АТФ/АДФ в β-клетке, закрытию АТФ-зависимых калиевых каналов, деполяризации, раскрытию потенциалзависимых кальциевых каналов, Повышение концентрации ионов калия и кальция в β-кпетке инициирует слияние секреторных пузырьков (инсулинсодержащих гранул) с мембраной и выделение содержимого пузырьков (инсулина] из клетки.

Для регулируемой секреции характерны хра­нение приготовленных на экспорт молекул в транспортных пузырьках и их слияние с плаз­матической мембраной только при воздей­ствии на клетку специфического стимула. С помощью регулируемой секреции происходят выделение пищеварительных ферментов в пе­риод переваривания пищи, а также секреция гормонов, нейромедиаторов и других биоло­гически активных веществ. Пример такого типа секреции — выброс пептидного гормо­на инсулина в кровь после еды. Стимулом к секреции инсулина, хранящегося в секретор­ных гранулах β-клеток островков Лангерханса поджелудочной железы, является повышение концентрации глюкозы в крови и β-клетках.

УЧАСТИЕ МЕМБРАН В МЕЖКЛЕТОЧНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ

В плазматической мембране эукариотических клеток содержится множество специализирован­ных рецепторов, которые, взаимодействуя с лигандами, вызывают специфические клеточ­ные ответы. Одни рецепторы связывают сиг­нальные молекулы — гормоны, нейромедиаторы, другие — питательные вещества и метабо­литы, третьи — участвуют в клеточной адгезии. Этот класс включает рецепторы, необходимые для узнавания клетками друг друга и для их ад­гезии, а также рецепторы, ответственные за свя­зывание клеток с белками внеклеточного мат­рикса, такими как фибронектин или коллаген.

Способность клеток к специфическому вза­имному узнаванию и адгезии важна для эмбри­онального развития. У взрослого человека адгезивные взаимодействия «клетка—клетка» и «клетка—матрикс» продолжают оставаться суще­ственными для поддержания стабильности тка­ней. В многочисленном семействе рецепторов клеточной адгезии наиболее изучены интегрины, селектины и кадгерины.

Интегрины — обширное суперсемейство гомологичных рецепторов клеточной поверх­ности для молекул межклеточного матрикса, таких как коллаген, фибронектин, ламинин и др. Являясь трансмембранными белками, они взаимодействуют как с внеклеточными молекулами, так и с внутриклеточными бел­ками цитоскелета. Благодаря этому интегрины участвуют в передаче информации из вне­клеточной среды в клетку, определяя таким образом направление её дифференцировки, форму, митотическую активность, способность к миграции. Передача информации может идти и в обратном направлении — от внутрикле­точных белков через рецептор во внеклеточ­ный матрикс.

Идентифицировано примерно 20 разных чле­нов семейства рецепторов в разных типах клеток.

Интегрины — гетеродимеры, а каждая субъе­диница (α, β) содержит один трансмембранный домен.

Индивидуальные интегрины строго специфич­ны. Центр связывания интегринов образован вне­клеточными доменами α- и β-субъединиц. Ин­тегрины узнают и связываются с белками, содер­жащими определённую аминокислотную последо­вательность -Арг-Гли-Асп-, присутствующую в ряде матриксных белков (фибронектин, фибрино­ген, ламинин, коллаген I типа и другие). Эффект связывания усиливается в присутствии ионов Са²⁺ и Mg²⁺.

Кадгерины и селектины — семейства трансмем­бранных Са²⁺-зависимых гликопротеинов, участву­ющих в межклеточной адгезии.

Кадгерины разных тканей очень схожи, гомо­логичные аминокислотные последовательности составляют 50—60%. Каждый рецептор имеет один трансмембранный домен. В отсутствие Са²⁺ конформация кадгеринов меняется, и они становятся доступными для протеолитических ферментов, которые их расщепляют. Наиболее полно охарак­теризованы 3 группы кадгериновых рецепторов:

• Е-кадгерин находится на поверхности мно­гих клеток эпителиальных и эмбриональных тканей;

• N-кадгерин локализован на поверхности нервных клеток, клеток сердца и хрусталика;

• Р-кадгерин расположен на клетках плацен­ты и эпидермиса.

Кадгерины играют важную роль при началь­ной межклеточной адгезии, на стадиях морфо-и органогенеза. Они обеспечивают структурную целостность и полярность тканей, особенно эпи­телиального монослоя.

В семействе селектиновых рецепторов наи­более хорошо изучены три белка: L-селектин,

Р-селектин и Е-селектин. Внеклеточная часть селектинов состоит из 3 доменов: первый до­мен представлен 2—9 блоками повторяющихся аминокислотных остатков (комплементрегуляторный белок), второй — домен эпидермального фактора роста (ЭФР), третий — N-концевой лектиновый домен. Селектины L, Р, Е различаются количеством блоков в комплементрегуляторном белке. Лектины — семей­ство белков, специфически взаимодействующих с определёнными последовательностями угле­водных остатков в составе гликопротеинов, протеогликанов и гликолипидов внеклеточного матрикса.

Углеводные структуры — поливалентные линкерные молекулы, которые могут быть суль-фатированы, фукозилированы и сиализированы. Связывание лигандов с рецепторами происходит в области N-концевого лектинового домена.