Эндоцитоз

Белки

Белки составляют более 50% массы мембран. Большинство мембранных белков имеет глобулярную структуру

Интегральные мембранные белки прочно встроены в липидный бислой. Их гидрофильные аминокислоты взаимодействуют с фосфатными группами фосфолипидов, а гидрофобные — с цепями жирных кислот. Примеры интегральных мембранных белков — белки ионных каналов и рецепторные белки (мембранные рецепторы) Молекула белка, проходящая через всю толщу мембраны и выступающая из нее как на наружной, так и на внутренней поверхности, — трансмембранныи белок Кэппинг — скопление интегральных белков на одном участке мембраны.

Периферические мембранные белки (фибриллярные и глобулярные) находятсяна одной из поверхностей клеточной мембраны (наружной или внутренней) инековалентно связаны с интегральными мембранными белками. Примерами периферических мембранных белков, связанных с наружной поверхностью мембраны, могут служить рецепторные и адгезионные белки. Примеры периферических мембранных белков, связанных с внутренней поверхностью мембраны, — белки цитоскелета (например, спектрин, анкирин, дистрофии), белки системы вторых посредников.

Углеводы

Углеводы (преимущественно олигосахариды) входят в состав гликопротеинов и гликолипидов мембраны, составляя 2—10% её массы. С углеводами клеточной поверхности взаимодействуют лектины. Цепи олигосахаридов, ковалентно связанных с гликопротеинами и гликолипидами плазмолеммы, выступают на наружной поверхности мембран клетки и формируют поверхностную оболочку толщиной 50 нм — гликокаликс. Гликокаликс участвует в процессах межклеточного узнавания, межклеточного взаимодействия, пристеночного пищеварения.

ИЗБИРАТЕЛЬНАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ

Трансмембранная избирательная проницаемость поддерживает клеточный гомеостаз, оптимальное содержание в клетке ионов, воды, ферментов и субстратов. Пути реализации избирательной проницаемости мембран: пассивный транспорт, облегчённая диффузия, активный транспорт. Гидрофобный характер сердцевины бислоя определяет возможность (или невозможность) непосредственного проникновения через мембрану различных с физико-химической точки зрения веществ (в первую очередь, полярных и неполярных).

Неполярные вещества (например, холестерин и его производные) свободно проникают через биологические мембраны. По этой причине эндоцитоз и экзоцитоз полярных соединений (например, пептидных гормонов) происходят при помощи мембранных пузырьков, а секреция стероидных гормонов - без участия таких пузырьков. По этой же причине рецепторы неполярных молекул (например, стероидных гормонов) расположены внутри клетки.

Полярные вещества (например, белки и ионы) не могут проникать через биологические мембраны. Именно поэтому рецепторы полярных молекул (например, пептидных гормонов) встроены в плазматическую мембрану, а передачу сигнала к другим клеточным компартментам осуществляют вторые посредники. По этой же причине трансмембранный перенос полярных соединений осуществляют специальные системы, встроенные в биологические мембраны.

Пассивный транспорт

Пассивный транспорт характеризуется низкой специфичностью.

Молекулы в обоих направлениях перемещаются по градиенту концентрации без затрат энергии. Так, при дыхании диффузия газов происходит по градиенту их концентрации, а определяющим диффузию фактором является парциальное давление газов (например, рО₂ и рСО₂).

Облегчённая диффузия

Транспорт веществ осуществляется с участием компонентов мембраны (каналы и/или белки-переносчики) по градиенту концентрации и без непосредственных затрат энергии; проявляет специфичность по отношению к транспортируемым молекулам. В ряде случаев одновременно осуществляется сочетанный или обменный транспорт ионов, чаще Nа⁺. Для реализации трансмембранного переноса существуют многочисленные белки-переносчики и ионные каналы.

Трансмембранные переносчики. К трансмембранным белкам-переносчикам (транспортёры, ионофоры) относятся переносчики глюкозы (например, транспорт глюкозы в нервные клетки и кардиомиоциты для обеспечения их аэробного метаболизма, всасывание глюкозы в энтероцитах кишечника, реабсорбция глюкозы в проксимальных извитых канальцах нефрона), аминокислот (например, всасывание аминокислот в кишечнике, реабсорбция в канальцах нефрона, обратное всасывание аминокислот-нейромедиаторов в мозге), анионообменники (регуляторы внутриклеточного рН) и ряд других.

Ионные каналы состоят из нескольких связанных между собой белковых субъединиц (СЕ), формирующих в мембране небольшую пору. Через пору по электрохимическому градиенту проходят ионы. Наиболее распространённые каналы — для Nа⁺, К⁴, Са²⁴", С1^- а также аквапорины — водные каналы. Управление ионными каналами осуществляется разными путями, по этому признаку различают ионные каналы потенциалозависимые, механочувствительные, рецептор-зависимые, Са²⁺-зависимые, G-белок-зависимые, а часто применяемый термин воротные ионные каналы подразумевает идею управления ионными каналами (аналогия с открытыми и закрытыми воротами).

Активный транспорт

Термин «активный ионный транспорт» подразумевает происходящий при участииАТФаз энергозависимый трансмембранный перенос ионов против электрохимического градиента. Наиболее известны следующие насосы: натрий, калиевый (Nа⁴,К⁺-АТФаза), протонный (Н⁺,К⁺-АТФаза) и кальциевый (Са⁺-АТФаэа).

Натрий, калиевая АТФаза выкачивает Nа⁺ из клетки в обмен на К⁺, чем поддерживается трансмембранный градиент Nа⁺ и К⁺. Насос регулирует потоки воды, поддерживая постоянный объём клетки; обеспечивает Nа⁺-связанный трансмембранный транспорт множества органических и неорганических молекул, участвует в создании мембранного потенциала и генерации потенциалов действия нервных и мышечных элементов.

Протонная и калиевая АТФаза. При помощи этого фермента париетальные клетки желез слизистой оболочки поддерживают в желудке кислую среду (электронейтральный обмен внеклеточного К⁺ на внутриклеточный H⁺).

Са⁺-насосы (Са⁺-АТФазы) откачивают ионы кальция из цитозоля против значительного концентрационного градиента. Са⁺-насос саркоплазматического ретикулума откачивает ионы кальция из цитозоля не во внеклеточное пространство (как Са²⁺-АТФаза плазмолеммы), а во внутриклеточное депо кальция (как правило, в замкнутые межмембранные объёмы гладкой эндоплазматической сети, называемой в скелетных мышечных волокнах и кардиомицитах саркоплазматической сетью).

МЕЖКЛЕТОЧНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Межклеточные взаимодействия. Клетка, воспринимая и трансформируя различные сигналы, реагирует на изменения окружающей её среды. Плазматическая мембрана — место приложения физических (например, кванты света в фоторецепторах), химических (например, вкусовые и обонятельные молекулы, рН), механических (например, давление или растяжение в механорецепторах) раздражителей внешней среды и сигналов информационного характера (например, гормоны, нейромедиаторы) из внутренней среды организма. При участии плазмолеммы происходят узнавание и агрегация (например, межклеточные контакты) как соседних клеток, так и клеток с компонентами внеклеточного матрикса (например, адгезионные контакты, адресная миграция клеток и направленный рост аксонов в нейроонтогенезе). Совокупность этих процессов — межклеточные взаимодействия.

Межклеточные информационные взаимодействия. Все виды информационных межклеточных взаимодействий реализуются в рамках концепции «сигнал—ответ», основы которой заложил Пауль Эрлих. Информационные межклеточные взаимодействия укладываются в схему, предусматривающую следующую последовательность событий: сигнал —> рецептор -> (второй посредник) -> ответ.

Сигналы

Передачу сигналов от клетки к клетке осуществляют сигнальные молекулы (первый посредник), вырабатываемые в одних клетках и специфически воздействующие на другие клетки — клетки-мишени. Специфичность воздействия сигнальных молекул определяют присутствующие в клетках-мишенях рецепторы, связывающие только собственные лиганды. Все сигнальные молекулы (лиганды) — в зависимости от их физико-химической природы — подразделяют на полярные (точнее — гидрофильные) и аполярные (точнее — жирорастворимые). Гидрофильные молекулы (например, нейромедиаторы, цитокины, пептидные гормоны, Аг) не проникают через плазматическую мембрану и связываются с рецепторами плазмолеммы (мембранные рецепторы). Жирорастворимые молекулы (например, стероидные гормоны) проникают через плазмолемму и связываются с рецепторами внутри клетки (ядерные рецепторы).

Рецепторы

Мембранные рецепторы — гликопротеины. Они контролируют проницаемость плазмолеммы путём изменения конформации белков ионных каналов (например, н-холинорецептор), регулируют поступление молекул в клетку (например, холестерина при помощи рецепторов ЛНП), связывают молекулы внеклеточного матрикса с элементами цитоскелета (например, интегрины), регистрируют присутствие информационных сигналов (например, нейромедиаторов, квантов света, обонятельных молекул, Аг, цитокинов, гормонов пептиднои природы). Мембранные рецепторы регистрируют поступающий к клетке сигнал и передают его внутриклеточным химическим соединениям, опосредующим конечный эффект (вторые посредники). Функционально мембранные рецепторы подразделяют на каталитические, связанные с ионными каналами, и оперирующие через G-белок.

Ядерные рецепторы — белки-рецепторы стероидных гормонов (минерало- и глюкокортикоиды, эстрогены, прогестерон, тестостерон), ретиноидов, тиреоидных гормонов, желчных кислот, витамина D₃ Каждый рецептор имеет область связывания лиганда и участок, взаимодействующий со специфическими последовательностями ДНК. Другими словами, ядерные рецепторы — активируемые лигандом факторы транскрипции. Некоторые ядерные рецепторы — протоонкогены (например, гены ЕRВА кодируют рецепторы тиреоидных гормонов). В геноме человека имеется более 30 ядерных рецепторов, лиганды которых находятся на стадии идентификации (сиротские рецепторы).

Вторые посредники

Внутриклеточные сигнальные молекулы (вторые посредники) передают информацию с мембранных рецепторов на эффекторы (исполнительные молекулы), опосредующие ответ клетки на сигнал. Стимулы, такие, как свет, запах, гормоны и другие химические сигналы (лиганды) инициируют ответ клетки-мишени, изменяя в ней уровень внутриклеточных вторых посредников Вторые внутриклеточные) посредники представлены многочисленным классом соединений. К ним относятся циклические нуклеотиды (цАМФ и цГМФ), инозитолтри-фосфат, диацилглицерол. Са² —распространённый второй посредник.

Ответы клеток-мишеней

Функции клеток выполняются на разных уровнях реализации генетической информации (например, транскрипция, посттрансляционная модификация) и крайне разнообразны (например, изменения режима функционирования, стимуляция или подавление активности, перепрограммирование синтезов и т д).

Эндоцитоз — поглощение (интернализация) клеткой воды, веществ, частиц и микроорганизмов (рис. 2-2, А). К морфологически различаемым вариантам эндоцитоза относят пиноцитоз, фагоцитоз и образование окаймленных пузырьков. Последний вариант известен также как опосредованный рецепторами эндоцитоз.

Пиноцитоз — процесс поглощения жидкости и растворённых веществ с образованием небольших пузырьков. Пиноцитоз рассматривают как неспецифический способ поглощения внеклеточных жидкостей и содержащихся в ней веществ, когда некоторая область клеточной мембраны впячивается, образует ямку и далее пузырек, содержащий межклеточную жидкость.

Дата добавления: 2014-01-13