ЦИТОРЕЦЕПТОРЫ

Взаимодействия клетки с её окружением осуществляется при участии специальных структур, локализованных на плазмолемме – рецепторов. Функции этих рецепторов существенно различаются. Одни из них определяют адгезивные свойства клеток по отношению к другим клеткам или компонентам внеклеточного матрикса. Другие участвуют в системах сигнал/ответ или в импорте макромолекул в цитоплазму. Существуют рецепторы к биологически активным веществам — гормонам, медиаторам, к специфическим антигенам разных клеток или к определенным белкам.

Исходя из определения рецепторов как физиологически активных веществ, можно полагать, что реализовать специфическое связывание лиганда (гормонов, нейромедиаторов, факторов роста, цитокинов) и преобразование полученного сигнала (результат специфического связывания) в изменение функции эффекторной системы могут лишь высокомолекулярные, конформационно подвижные биоструктуры. К таким макромолекулам живых организмов относятся белки и нуклеиновые кислоты, для которых характерно наличие трехмерной структуры. Действительно, имеющиеся сведения о химической природе рецепторов как физиологически активных веществ свидетельствуют о том, что нет рецепторов, в структуру которых бы не входили эти биополимеры. Вместе с тем, в структуру рецепторов могут быть включены: углеводы (например, сиаловые кислоты), ковалентно связанные с аминокислотами белков; липиды, ионы, нуклеотиды, не ковалентно связанные с макромолекулами и участвующие как в специфическом взаимодействии рецептора с лигандом, так и в функционировании рецептора.

Большинство рецепторов представляют собой белки, их агрегаты и комплексы с нуклеиновыми кислотами и низкомолекулярными веществами.

16

Сравнение аминокислотной последовательности рецепторов показывает, что многие из них могут быть сгруппированы в суперсемейства структурно родственных, но функционально различающихся белков. Например, многие рецепторы, участвующие в межклеточной адгезии, принадлежат к суперсемейству иммуноглобулинов IgG. Интегрины составляют другое суперсемейство, включающее в себя множество рецепторов для внеклеточных компонентов матрикса.

Рассматривая клетку как ячейку биологических организмов, снабженную рецепторами, необходимыми для поддержания постоянства ее внутренней среды и обеспечивающими адекватное реагирование на изменение внешних условий, становится очевидным, что рецепторы, как правило, располагаются на цитоплазматической мембране.

Рецепторами на поверхности клетки могут служить гликопротеиды и гликолипиды мембран. Считается, что такие чувствительные к отдельным веществам участки могут быть разбросаны по всей поверхности клетки или собраны в небольшие зоны.

В соответствии с современными представлениями об асимметрическом строении плазмолеммы рецепторные макромолекулы могут находиться на её поверхности, пронизывать всю толщу мембраны или находиться с внутренней стороны мембраны. В любом случае гидрофобные области рецепторных белков контактируют с липидами и от характера этих контактов может в значительной степени зависеть конформация рецептора и, следовательно, характер его функционирования. Если лиганды рецепторов представляют собой гидрофильные молекулы, то связывающие участки рецептора должны быть обязательно обращены к окружающей среде (такими лигандами являются практически все

17

нейромедиаторы). Если лиганды являются гидрофобными соединениями (например, стероидные и тиреоидные гормоны), то связывающие участки рецепторов могут находиться в гидрофобной области или на внутренней стороне мембраны.

Рецептор, который связывается с таким внеклеточным лигандом, как гормон или нейромедиатор, и опосредует клеточный ответ, осуществляет это одним из нескольких способов. В одних случаях рецептор сам является протеинкиназой, а в других он образует ионный канал. Связывание лиганда с внеклеточным участком рецептора изменяет эти функции, инициируя каскад событий в цитоплазме. В других случаях рецептор связывается с G-белком (гуанидиннуклеотидсвязывающим белком) и активирует его в цитоплазме в ответ на внешний сигнал. G-белок влияет на другие клеточные процессы, такие, как деградация фосфатидилинозитола в клеточной плазматической мембране. Рецепторы, которые взаимодействуют с G-белками, образуют одно из нескольких суперсемейств рецепторов, участвующих в системах сигнал/ответ.

Эксперименты по выделению и идентификации рецепторов позволили установить, что рецепторы для нейромедиаторов являются белками, прочно связанными с мембранами; для их солюбилизации необходимо использовать детергенты. В то же время рецепторы для стероидных гормонов, по-видимому, слабо связаны с плазматическими мембранами и, образуя комплекс с лигандом, могут выходить из мембраны в цитоплазму.

В процессах рецепции важная роль принадлежит мембранным липидам, образующим более или менее прочные связи с рецепторными белками. Роль липидов как модуляторов и регуляторов рецепторов хорошо известна (например, в случае участка узнавания гликопротеиновым рецептором тиреотропного гормона, серотонина и др.).

18

Липиды принимают участие в узнавании рецепторами некоторых лигандов и оказывают регулирующее влияние на конформацию рецепторов. Липиды могут быть ответственны за сопряжение рецепторов с эффекторными системами. Данных о том, что липиды могут быть рецепторами, пока нет.

В то же время следует отметить, что, хотя и в меньшем количестве, чем на плазматических мембранах, в процессе эволюции образовались рецепторы для физиологически активных веществ, локализованные внутри клеток. Лиганды этих рецепторов обладают способностью проникать через биомембраны за счет своих гидрофобных свойств путем пассивной диффузии или вследствие функционирования специальных систем переноса (например, пиноцитоза или эндоцнтоза; часто с участием рецепторов плазматических мембран). Структура и функция внутриклеточных рецепторов менее изучена, чем рецепторов плазматических мембран, поскольку их труднее выделить, не изменив при этом нативную структуру. Хорошо известно присутствие рецепторов для различных лигандов на рибосомах (например, к антибиотикам) в ядре (к гормонам, антибиотикам), комплексе Гольджи (к гормонам), микросомах (к гормонам) и др. По-видимому, биологический смысл такой внутриклеточной рецепции заключается в более глубоком и продолжительном изменении функции клетки в ответ на получение внешнего сигнала.

Роль нуклеиновых кислот в рецепции физиологически активных веществ подтверждается их участием в специфическом связывании гидрофобных, проникающих через мембраны молекул (например, стероидные и тиреоидные гормоны). Участки хроматина, специфически связывающие комлексы стероидов с их цитозольными рецепторами, называют акцепторами.

19

Врезультате экспериментов были сформулированы гипотезы ферментативной специфичности, такие как «замок-ключ» Фишера и индуцированного соответствия Кошланда. Основой специфичности связывания малых молекул с биополимерами является их взаимная комплиментарность. Для биологической специфичности можно выделить два компонента: термодинамический (связывание за счет простых молекулярных взаимодействий) и кинетический (проявление некоторой реакции как результат взаимодействия молекул-партнеров).

Впростых случаях процессы связывания и проявления биологического эффекта сопряжены между собой и происходят практически одновременно, однако они могут иметь временные различия (например, реакции, связанные с биосинтезом белка).

Всоответствии со своей локализацией рецепторы делятся на

поверхностные и внутриклеточные, а внутриклеточные подразделяются на цитоплазматические и ядерные.

Поверхностные рецепторы образованы поверхностными белками цитомембран, а также гликокаликсом. Они предназначаются для полярных лиганд, т.е. веществ, которые не могут проникнуть через клеточную мембрану внутрь клетки и оказывают свое действие на нее через систему внешних рецепторов и вторичных посредников.

Подразделяются на каталитические рецепторы, рецепторы,

связанные с ионными каналами, рецепторы, связанные с G- белками, и рецепторы, связывающие молекулы внеклеточного матрикса с цитоскелетом.

Гликокаликс образует своеобразные «антенны», которые состоят из нескольких моно(олиго)сахаридных участков. Эти участки имеют разную конфигурацию, благодаря чему могут связываться с самыми различными химическими веществами. «Антенны» распознают различные внешние сигналы: молекулы гормонов, нейромедиаторов, факторов роста, цитокинов, генетически чуждые вещества и др.

20

Рецепторные белки и углеводные участки часто связаны с ферментами (каталитические рецепторы). Такие рецепторные белки являются трансмембранными и состоят из рецепторного и каталитического участков.

В качестве примера можно привести протеинкиназы (например, тирозинкиназа). Эти ферменты активируют внутриклеточные белки, что ведет к образованию второго посредника (мессенджера), передающего внешние сигналы в клетку, изменяя её метаболизм, усиливая или ослабляя обмен веществ, синтез секрета. Так построены рецепторы инсулина, факторов роста и др.

Мембранные рецепторы могут изменять проницаемость мембран для ионов, что ведет к формированию электрического импульса (рецепторы к нейромедиаторам). Это так называемые рецепторы,

связанные с ионными каналами.

Рецепторы также контролируют поступление в клетку различных молекул, связывают молекулы внеклеточного матрикса с компонентами цитоскелета (рецепторы, связывающие молекулы внеклеточного матрикса с цитоскелетом). К таким рецепторам относят, например, интегрины. Они относятся к молекулам адгезии клеток (МАК). Интегрины – трансмембранные белки, воспринимающие молекулы внеклеточного матрикса, в частности, фибронектина и ламинина. В свою очередь, фибронектин связывается с другими молекулами внеклеточного матрикса (фибрином, коллагеном, гепарином и др.), а интегрин при помощи ряда других белков – с цитоскслетом. Таким образом, влияние молекул внеклеточного матрикса может передаваться на компоненты цитоскелета. Под влиянием раздражения этого вида рецепторов может изменяться состояние подмембранного слоя, и клетка может начать движение, а также экзоцитоз, эндоцитоз и другие виды деятельности.

21

Особый вид поверхностных рецепторов – рецепторы, связанные с G-белками. Это трансмембранные белки, которые могут быть связаны либо с ионным каналом, либо с ферментом. Состоят из двух частей: рецепторной, взаимодействующей с сигнальными молекулами, и субъединиц G-белка α, β, γ. G-белки – белки, связывающие гуанозинтрифосфат (ГТФ). После связывания с сигнальной молекулой комплекс G-белков передает сигнал на ассоциированный с цитолеммой фермент аденилатциклазу, которая синтезирует вторичный посредник циклический аденозинмонофосфат (цАМФ). В качестве вторичного посредника могут выступать и молекулы кальция. Через рецепторы, связанные G- белками, опосредуется действие на клетку подавляющего большинства гормонов и нейромедиаторов.

Внутриклеточные рецепторы находятся внутри клетки – в

гиалоплазме, на мембранах органелл (цитоплазматические рецепторы), в ядре (ядерные рецепторы). Они предназначены для гормонов и других биологически активных веществ, которые в силу неполярности своих молекул могут легко проникать внутрь клетки (стероидные и тиреоидные гормоны и др.). Особый интерес представляют ядерные рецепторы. С этими рецепторами связываются такие гормоны, как стероидные, тиреоидные, витамин D3. Молекулы таких рецепторов состоят из 2 участков: участок для связывания с гормоном и участок, взаимодействующий со специфическими участками ДНК в ядре. Ядерные рецепторы являются факторами транскрипции. Некоторые из них относятся к протоонкогенам – генам нормального генома, регулирующим пролиферацию клеток органов-мишеней, их дифференцировку и межклеточные взаимодействия. В результате соматических мутаций в протоонкогенах может происходить злокачественное перерождение клеток.

22

МОЛЕКУЛЫ АДГЕЗИИ КЛЕТОК (МАК)

С деятельностью поверхностных рецепторов клеток связан такой феномен, как клеточная адгезия. Адгезия – процесс взаимодействия специфических гликопротеинов, соприкасающихся плазматических мембран, распознающих друг друга клеток или клеток

ивнеклеточного матрикса. В том случае, если гликопротеины при этом образуют связи, происходит адгезия, а затем формирование прочных межклеточных контактов или контактов клетки и межклеточного матрикса.

Все молекулы клеточной адгезии подразделяются на 5 классов.

1.Кадгерины. Это трансмембранные гликопротениы, использующие для адгезии ионы кальция. Отвечают за организацию цитоскелета, взаимодействие клеток с другими клетками.

2.Интегрины. Представляют собой мембранные рецепторы для белковых молекул внеклеточного матрикса – фибронектина, ламинина

идр. Связывают внеклеточный матрикс с цитоскелетом при помощи внутриклеточных белков талина, винкулина, α-актинина. Функционируют как клеточно-внеклеточные, так и межклеточные адгезионные молекулы.

3.Селектины. Обеспечивают прилипание лейкоцитов к эндотелию сосудов и тем самым – лейкоцитарно-эндотелиальные взаимодействия, миграцию лейкоцитов через стенки сосудов в ткани.

4.Семейство иммуноглобулинов. Эти молекулы играют важную роль в иммунном ответе, а также в эмбриогенезе, заживлении ран и др.

5.Гоминговые молекулы. Обеспечивают взаимодействие лимфоцитов с эндотелием, их миграцию и заселение специфических зон иммунокомпетентных органов.

Таким образом, адгезия является важным звеном клеточной рецепции, играет большую роль в межклеточных взаимодействиях и

23

взаимодействиях клеток с внеклеточным матриксом. Адгезионные процессы абсолютно необходимы при таких общебиологических процессах, как эмбриогенез, иммунный ответ, рост, регенерация и др.; они участвуют также в регуляции внутриклеточного и тканевого гомеостаза.

ФУНКЦИИ ПЛАЗМОЛЕММЫ

Основные функции клеточных мембран заключаются в отделении содержимого клеток от внешней среды, в создании внутренней архитектуры клетки, поддержании градиента концентраций и электрохимического градиента, осуществлении транспорта веществ. Это барьерная, транспортная, осмотическая, структурная, энергетическая, биосинтетическая, секреторная, рецепторно-регуляторная и другие функции.

Благодаря барьерной функции мембраны в клетке создается гетерогенная физико-химическая среда, и на разных сторонах мембраны происходят разнообразные, часто противоположно направленные биохимические реакции. Наряду с барьерной функцией мембрана осуществляет трансмембранный перенос ионов и различных метаболитов в ходе пассивного (по химическому и электрохимическому градиентам) или активного транспорта (против электрохимического градиента с затратой энергии).

Осмотическая функция мембраны связана с регуляцией водного обмена клетки. Благодаря структурной функции поддерживается основа мембран, и упорядоченно располагаются полиферментные комплексы, контактирующие с фосфолипидами. Для этого контакта и сохранения активности ферментов важно, чтобы находящиеся в непрерывном движении липиды находились в жидком агрегатном состоянии. «Затвердевание» липидов, связанное с качественными перестройками в их жирнокислотном составе,

24

приводит к нарушению липидного окружения белков-ферментов, в результате чего их функции нарушаются.

Энергетическая функция мембран определяется аккумуляцией и трансформацией энергии.

Биосинтетическая функция связана с синтезами различных веществ. Участие в секреторных процессах также характерно для мембраны. Так, плазмолемма активно взаимодействует с везикулами, производными аппарата Гольджи и эндоплазматического ретикулума.

Рецепторно-регуляторная функция определяется наличием в мембране хемо-, фото- и механорецепторов белковой природы, воспринимающих сигналы из внешней и внутренней среды и способствующих возникновению ответных реакций на изменение условий существования.

Также плазмолемма участвует в межклеточных взаимодействиях: формирование межклеточных контактов, дистантные взаимодействия между клетками.

Мембраны обеспечивают и облегчают межклеточную и внутриклеточную передачу информации. Мембрана – это место,

где молекулярная информация воспринимается, преобразуется и передаётся далее в клетку. Поведение клетки регулируется её непосредственным окружением и продуктами отдаленных клеток. Например, нормальные клетки, растущие в чашке Петри, прекращают деление, когда поверхность чашки полностью покрыта клетками, и все они соприкасаются друг с другом (т.н. «монослой»). Это явление называется контактным торможением роста (density-dependent inhibition, DDI). Наоборот мутантные клетки, которые утратили способность к восприятию сигнала контактного торможения, продолжают расти, и формируют слой за слоем. Клетки с такими свойствами образуют опухоли.

25

Электрические сигналы, передающиеся от одной нервной клетки к другой, формируется на плазматических мембранах, так же как информация, необходимая для тесного соединения клеток друг с другом; например, так образуются нейронные сети. Установлено, что «отлив» и «прилив» специфических маркеров на клеточной поверхности является решающим фактором в дифференцировке и в группировке клеток, приводящих к образованию тканей и органов. На ранних стадиях эмбриогенеза клетка, как правило, ассоциируется (связывается) и диссоциируется с другими различными клетками. Этот процесс регулируется поверхностными молекулами клетки, называемыми гомотипичными маркерами, которые играют важную роль в формировании тканей. Точно такие же маркеры появляются на клетках, которые активно участвуют в восстановлении ткани после повреждения.

Мембраны обеспечивают образование тканей с помощью межклеточных контактов. Многие белки, погруженные в мембрану, ковалентно связанны с углеводами (т.е. являются гликопротеинами), расположенными на наружной поверхности мембраны. Эти гликопротеины часто оканчиваются остатками сиаловой кислоты и сообщают всей наружной поверхности клетки общий отрицательный заряд. Боковые углеводные цепи этих гликопротеинов и гликолипидов важны для осуществления межклеточных контактов. Углеводные остатки формируют специфические поверхностные антигены и делают мембранную поверхность высокоиммуногенной. Структура поверхностных клеточных антигенов находится под строгим генетическим контролем и используется иммунной системой для разделения всех клеток на «свои» и «не свои». Все клетки индивидуума несут сходные поверхностные антигены, которые отличаются от поверхностных антигенов любого другого индивидуума.

26

ПЕРЕНОС ВЕЩЕСТВ ЧЕРЕЗ ПЛАЗМОЛЕММУ

Основная функция любой биологической мембраны состоит в создании барьера с селективной проницаемостью. Так, выполняя транспортную функцию, плазмолемма обеспечивает пассивный перенос ряда веществ, например воды, ионов, некоторых низкомолекулярных соединений. Другие вещества проникают через мембрану путем активного переноса против градиента концентрации с затратой энергии за счет расщепления АТФ.

Тонкий гидрофобный центральный слой в мембране является очень эффективным барьером для неорганических ионов, но в той или иной степени проницаем для неполярных веществ. Скорость проникновения неэлектролитов через бислой зависит от растворимости данного вещества в бислое, определяемой исходя из данных о коэффициенте его распределения между водой и органическими растворителями.

Органические ионы или органические хелатные комплексы, содержащие неорганические ионы, могут растворяться в углеводородной области бислоя благодаря своим гидрофобным свойствам и большим размерам. К молекулам такого типа относятся и ионофоры.

Электрические свойства биологических мембран довольно хорошо изучены. Проницаемость биологических мембран для неорганических ионов практически полностью обусловлена работой трансмембранных ионных каналов белковой природы. Образующийся при разделении зарядов трансмембранный потенциал связан с электрической емкостью мембраны, которая практически одинакова для модельных липидных бислоев и биологических мембран. Существование зарядов на поверхности мембраны создает дополнительный поверхностный потенциал, который может весьма существенным образом изменять концентрацию любого заряженного

27

соединения в непосредственной близости от мембраны. Это может в свою очередь сказаться на каталитических свойствах мембраносвязанных ферментов.

Транспорт большинства растворимых молекул через биологические мембраны опосредуется переносчиками или канальными белками. Каналы облегчают транспорт ионов через мембрану, и перенос через них осуществляется очень быстро (106–108 ион/с на один канальный белок). Такие высокие скорости транспорта ионов связаны с тем, что канальные белки не претерпевают конформационных изменений при переносе иона с одной стороны мембраны на другую. Столь быстрый транспорт ионов обусловливает такую высокую мембранную проводимость, что удается измерить ионный ток через отдельный канал. В отличие от этого переносчики, которые участвуют в транспортном цикле, претерпевают конформационные изменения. При этом место связывания переносимого вещества бывает обращено сначала к одной, а затем к противоположной стороне мембраны. Как правило, опосредованный переносчиками транспорт веществ через мембрану происходит на несколько порядков медленнее, чем транспорт по каналам.

Пассивные переносчики просто облегчают диффузию веществ через мембрану, в то время как активные используют энергию для транспорта веществ против концентрационного градиента. Известны активные переносчики, сопрягающие транспорт вещества с переносом электронов, гидролизом АТР или фосфоенолпирувата, поглощением света или совместным транспортом иона.

Существуют группы каналов и переносчиков, которые объединяют функционально различающиеся белки, имеющие сходное строение. Близость их аминокислотных последовательностей позволяет предположить, что, несмотря на различия в субстратной специфичности, каналы и переносчики одной группы могут

28

функционировать по сходному механизму. По-видимому, белковые комплексы образуют в мембране пору, находящуюся в центре белкового кластера, который содержит несколько (от трех до восьми) копий одинаковых или близкородственных полипептидов или доменов одного полипептида. Эти поры могут открываться или закрываться в ответ на химический или электрический сигнал.

При облегченной диффузии переносчик, функционирующий в клеточной мембране, на одной стороне мембраны соединяется с молекулой и ионом, а на другой стороне – отдает их, пройдя с ними вместе короткий путь через мембрану. Клетка не расходует на это никакой энергии, если не считать энергию, затраченную на само образование переносчика.

Обычный пример облегченной диффузии – проникновение в клетку глюкозы; именно облегченная диффузия позволяет большинству клеток поглощать этот простой сахар быстрее, чем он мог бы диффундировать через липиды клеточной мембраны. В человеческом организме, например, поглощают глюкозу с помощью молекул-переносчиков клетки печени, мышечные клетки и эритроциты. Посредством облегченной диффузии глюкоза (или другие вещества) может также выводиться из клеток. Когда уровень глюкозы в крови снижается, клетки печени выделяют глюкозу в кровь, используя для этого те же самые переносчики, при помощи которых они поглощали глюкозу, когда её уровень в крови был высоким.

В отличие от облегченной диффузии активный транспорт – это перемещение веществ против градиентов концентрации; вещества переходят при этом из той области, где их концентрация ниже, туда, где она и без того уже выше. Поскольку такое перемещение происходит в направлении, противоположном нормальной диффузии, клетка должна при этом затрачивать энергию. Среди примеров активного транспорта лучше всего изучен, пожалуй, так называемый

29

натрий-калиевый насос (Na+/K+-насос). Этот насос откачивает ионы натрия из клетки и накачивает в клетку ионы калия, используя для этого ATP.

Далее необходимо сказать о транспорте одного очень важного вещества, а именно воды. Хотя вода совершенна необходима живой клетке, однако клетка, насколько известно, не располагает никакой специальной системой ни для её поглощения, ни для её вывода наружу. По-видимому, вода проходит сквозь плазмолемму совершенно свободным осмотическим путем.

Осмосом называют прохождение воды через избирательно проницаемую мембрану, в частности через клеточную мембрану. В случае клеточной мембраны осмос частично обусловлен диффузией отдельных молекул воды сквозь эту мембрану, а частично – током воды через особые поры в мембране. Поскольку концентрация всякого водного раствора зависит от количества растворенного в воде вещества, вода стремится переходить из более разбавленного раствора (где концентрация воды выше) в более концентрированный (где концентрации воды соответственно ниже).

Осмотическое движение воды зависит от двух главных факторов: 1) от общей концентрации всех растворенных в воде частиц по обе стороны мембраны и 2) от давления, создаваемого каждым раствором. При прочих равных условиях вода стремится переходить через избирательно проницаемую мембрану от менее концентрированного раствора к раствору с более высокой общей концентрацией всех растворенных частиц. Однако при этом в какой-то момент вода, поступившая в более концентрированный раствор, может развить такое давление, что это давление будет вытеснять её наружу с такой же скоростью, с какой она поступает внутрь.

Не обладая способностью насасывать или откачивать воду непосредственно, клетки регулируют приток и отток воды, изменяя

30

концентрацию находящихся в них растворенных веществ. Чтобы поглотить больше воды, клетка поглощает больше ионов различных солей, молекул глюкозы или других растворимых соединений. В результате в клетке повышается концентрация растворенных частиц. Вода по законам осмоса начинает поступать в клетку, стремясь к выравниванию своей собственной концентрации по обе стороны мембраны.

Так работает эта система до тех пор, пока концентрация растворенных веществ вне клетки и в клетке примерно одинакова. Если же в среде концентрация растворенных веществ намного выше, чем в самой клетке, или если средой для клетки служит практически сухой воздух, то клетка теряет воду и сморщивается, как это бывает, когда растения привядают в сухой жаркий день. С оттоком воды содержимое клетки сжимается и отходит от клеточных стенок. Если, однако, увядшее растение поместить в воду, то вода вновь поступает в клетки. Они становятся тургесцентными, то есть набухают от воды и снова прижимаются к клеточным стенкам, подчиняясь тургорному давлению, направленному изнутри наружу. Клеточные стенки способны растягиваться лишь до известного предела, после которого они начинают оказывать противодавление, вытесняющее воду из клеток с такой же скоростью, с какой она в них поступает. Таким образом, клеточные стенки защищают клетки: не дают им лопнуть под напором избытка воды.

Многие животные клетки, если поместить их в чистую воду или в очень разбавленный раствор, лопаются, потому что у них нет клеточных стенок. Во избежание этого лекарственные препараты, предназначенные для внутривенного введения, готовят не на чистой воде, а на специальных солевых растворах. Животные клетки, соприкасающиеся с водой постоянно, например клетки, выстилающие желудочно-кишечный тракт человека, обладают приспособлениями,

31

которые не дают им поглощать слишком много воды. Когда мы пьём воду, она всасывается и распределяется постепенно; именно поэтому клетки в нашем организме не лопаются.

Плазмолемма может поглощать или выводить наружу не только отдельные молекулы или ионы, но также и крупные молекулы или частицы, составленные из многих молекул. Эта способность мембраны зависит от её жидкостной природы.

Крупные молекулы биополимеров практически не проникают сквозь плазмолемму. В ряде случаев макромолекулы и даже их агрегаты, а часто и крупные частицы попадают внутрь клетки в результате процессов эндоцитоза. Эндоцитоз формально разделяют на фагоцитоз (захват и поглощение клеткой крупных частиц, например бактерий или даже фрагментов других клеток) и пиноцитоз (захват макромолекулярных соединений).

Эндоцитоз начинается с сорбции на поверхности плазмолеммы поглощаемых веществ. Связывание их с плазмолеммой определяется наличием на ее поверхности рецепторных молекул. После сорбции веществ на поверхности, плазмолемма начинает образовывать сначала небольшие впячивания внутрь клетки. Эти впячивания могут иметь вид еще незамкнутых округлых пузырьков или представлять собой глубокие инвагинации, впячивания внутрь клетки. Затем такие локальные впячивания отшнуровываются от плазмолеммы и в виде пузырьков свободно располагаются под ней.

В дальнейшем эндоцитозные пузырьки могут сливаться друг с другом, расти и в их внутренней полости, кроме поглощенных веществ, начинают обнаруживаться гидролитические ферменты (гидролазы), поступающие сюда из лизосом. Эти ферменты расщепляют биополимеры до мономеров, которые в результате активного транспорта через мембрану пузырька переходят в гиалоплазму. Таким образом, поглощенные молекулы внутри

32

мембранных вакуолей, образовавшихся из элементов плазмолеммы, подвергаются внутриклеточному пищеварению.

Плазмолемма принимает участие в выведении веществ из клетки (экзоцитоз). В этом случае внутриклеточные продукты (белки, мукополисахариды, жировые капли и др.), заключенные в вакуоли или пузырьки и отграниченные от гиалоплазмы мембраной, подходят к плазмолемме. В местах контактов плазмолемма и мембрана вакуоли сливаются, и содержимое вакуоли поступает в окружающую среду.

Важно помнить, что поверхность животной клетки очень динамична и плазматическая мембрана участвует в рециклировании мембран. Внутриклеточные везикулы постоянно сливаются с плазматической мембраной, а участки плазматической мембраны в свою очередь отшнуровываются с образованием внутриклеточных везикул.

Процесс эндоцитоза и экзоцитоза осуществляется при участии связанной с плазмолеммой системы фибриллярных компонентов цитоплазмы — таких, как микротрубочки и сократимые микрофиламенты. Последние, соединяясь с определенными участками плазмолеммы, могут, изменяя свою длину, втягивать мембрану внутрь клетки, что приводит к отделению от плазмолеммы эндоцитозных вакуолей.

33