ЭНДОЦИТОЗ

Разновидности и механизмы эндоцитоза

В широком смысле слова понятие «эндоцитоз» означает «поглощение, попадание внутрь клетки». В настоящее время этот термин используют для обобщения всех путей поступления веществ в клетку, при которых формируется углубление плазматической мембраны и попадающее в клетку вещество ею окружается. По сути, эндоцитоз является механизмом интернализации внеклеточных компонентов и фрагментов плазматической мембраны, которая формирует эндоцитозный пузырек или вакуоль. Т.о., эндоцитоз – обобщенный термин, означающий интернализацию внеклеточных компонентов посредством пузырьков, формируемых плазмалеммой.

Существует два больших класса эндоцитоза:

1. интернализация микродоменов плазматической мембраны в виде небольших (около 100 нм) пузырьков или трубочек;
2. интернализация макродоменов плазматической мембраны, когда формируются крупные пузыри (вакуоли) и интернализуются частицы микронных размеров.

Среди типов эндоцитоза 1 класса наиболее изучен

1. Клатрин-зависимый тип эндоцитоза.

Наиболее хорошо изучен и понят. Ранее его называли «Рецептивный» (рецепторно

зависимый) эндоцитоз (Receptor-mediated endocytosis). Главной особенностью этого типа эндоцитоза является интернализация лиганд-рецепторных комплексов. Одна из функций плазматической мембраны – прием информации в виде молекулярных сигналов извне и ее передача в клетку по строго определенному адресу. Прежде всего, речь идет о передаче регуляторных сигналов, в частности, гормональных, однако в клетку поступает и другая многообразная «молекулярная» информация. В клетке существуют разные механизмы передачи сигналов, обеспечивающие адресную доставку молекулярного сигнала, сортировку сигнальных молекул, и клатрин-зависимый тип эндоцитоза занимает важное место в этих процессах.

Клатрин-зависимый эндоцитоз хорошо визуализируется в электронном микроскопе, благодаря наличию «зубчиков» клатрина на цитоплазматической стороне плазмалеммы, участвующей в эндоцитозе. Клатрин придает эндоцитозным структурам «опушенный» вид.

В процессе клатрин-зависимого эндоцитоза выделяют следующие стадии:

Распознавание белковой молекулы (лиганда) рецептором;

Формирование лиганд-рецепторного комплекса;

Образование «опушенной» ямки (coated pit);

Образование «опушенного» пузырька (coated vesicle);

Отделение опушенного пузырька от плазмалеммы;

Формирование эндоцитозного пузырька;

Перенос лиганд-рецепторного комплекса в раннюю эндосому;

Процессинг лиганд-рецепторного комплекса, сортировка.

Клатрин – фибриллярный белок цитозоля, состоящий из трех ветвей, расположенных под определенным углом друг к другу, и способный к самосборке с формированием корзинковидных структур. Формирование лиганд-рецепторного комплекса на поверхности плазмалеммы является сигналом к полимеризации клатрина, в результате которой происходит искривление плазматической мембраны и формирование «опушенной» ямки и «опушенного» пузырька. После отделения пузырька клатриновая корзинка деполимеризуется, пузырек становится «гладким». Эндоцитозный пузырек мигрирует от плазмалеммы в цитоплазму и сливается с ранней эндосомой. Таким образом, клатриновые пузырьки в процессе эндоцитоза переносят участки плазмалеммы в цитоплазму, где они сливаются с мембраной ранних эндосом. Кроме интернализации макромолекул, в процессе клатрин-зависмого эндоцитоза осуществляется обновление плазматической мембраны.

Клатринне может сам связываться с мембраной и с лигандами, для этого нужны белки-адаптеры. Известно около 20 форм белков-адаптеров клатрина. Кроме клатрина и белков-адаптеров, в клатрин-зависимом эндоцитозе участвует актин, хотя его роль не всегда очевидна.

Отделение «опушенного» пузырька от мембраны обеспечивается динамином, 100-кДа ГТФазой, имеющей в клетках млекопитающих 3 изоформы (динамин-1, -2 и -3). Динамин-3 наиболее распространен.

Ранняя эндосома – конечная точка транспорта макромолекул и место, где начинает реализовываться их «программа». Ранние эндосомы существуют в клетке, и являются частью эндосомально-лизосомальной системы. Назначение ранних эндосом в клатрин-зависимом эндоцитозе – диссоциация лиганд-рецепторного комплекса и сортировка рецепторов, которая обеспечивается кислым рН. В ранней эндосоме нет гидролаз. Маркеры ранних эндосом:

— Early Endosome Associated Protein (EEA-1)

Клатрин-зависимый эндоцитоз обеспечивает проникновение в клетку многих белковых гормонов, используется вирусами. Этот тип эндоцитоза намного лучше изучен, чем все остальные разновидности эндоцитоза, и поэтому создается ложное впечатление, что тот путь обеспечивает основную долю эндоцитируемого материала. На самом деле, в зависимости от типа клеток, примерно половина – клатрин-зависимый эндоцитоз, и половина – клатрин-незвисимый.

Механизмы, регулирующие формирование эндоцитозных пузырьков и интернализацию связавшихся с поверхностью клетки молекул и несвязанных, находящихся в просвете пузырьков, варьируют в зависимости от типа молекулы и типа клеток. Картина усложняется наличием разных путей эндоцитоза в одной клетке и неспецифичностью связывания некоторых молекул. Одним из ключевых является вопрос: захватывает ли уже существующий пузырек молекулы, или их связывание с поверхностью клетки индуцирует формирование пузырька?

В случае клатрин-зависимого эндоцитоза это определяется типом захватываемой молекулы (лиганда). Ряд лигандов индуцирует формирование новых «опушенных» ямок (рецептор фактора роста эпидермиса, различные патогены). Другие лиганды стабилизируют существующие ямки и используют их для интернализации (рецептор трансферрина, рецептор липопротеинов низкой плотности). Первый вариант – конституитивный эндоцитоз, второй – лиганд-индуцированный.

Клатрин-зависимый эндоцитоз – очень эффективный сортировочный механизм, опушенные ямки могут накапливать на порядок больше рецепторов, чем находится на ровной поверхности клетки.

Кавеолы– специальный тип липидных рафтов, являются инвагинациями липидного бислоя плазмалеммы. Они вовлечены в большой набор клеточных процессов, включая передачу сигналов, эндоцитоз, трансцитоз и транспорт холестерола. Кавеолы есть не во всех типах клеток. Так, их много в клетках эндотелия, жировых и мышечных клетках – они могут занимать до 35% клеточной поверхности. В то же время они не обнаружены в нейронах и лимфоцитах. Кавеолы могут располагаться как по всей поверхности клетки, так и на одной из поверхностей (в эпителии), могут образовывать цепочки и кластеры (розетки), везикуло-вакуолярные органеллы. В эндотелии кавеолы могут образовывать каналы, проходящие через клетку.

Существуют две формы кавеол: мелкие и глубокие.

Формирование кавеол обеспечивается белками кавеолинами, которые деформируют фосфолипидный бислой, взаимодействуя с холестеролом. Кавеолин-1 – интегральный белок плазмалеммы с центральным гидрофобным доменом, формирующим петлю. Оба конца, и N, и C выходят в цитоплазму, т.е., кавеолин-1 имеет топологию шпильки (hairpin). Кавеолин-1 – основной формообразующий белок кавеол, он формирует «скелет» кавеолы вместе с другими формами кавеолина. «Скелет» определяет форму кавеол, размеры и многие их свойства. Недавно открытые белки кавины формируют наружный периферический слой, имеют форму крупных гетероолигомерных комплексов, покрывающих изогнутую мембрану кавеолы. Полагают, что кавины стабилизируют «скелет» кавеолы, обеспечивают изгиб мембраны, участвуют в почковании кавеолы.

Генетический анализ показал высокую консервативность кавеолинов. На мышах показано, что нарушение экспрессии кавеолина-1 связано с развитием рака, диабета, сосудистых и урогенитальных аномалий, болезней глаз, легких, мышечной дистрофии и кардиомиопатии.

Кавеолы стабильны и долго существуют в мембране, а кавеолины – исключительно долгоживущие белки. В отличие от «клатриновых» пузырьков, кавеолы не сбрасывают свое кавеолиновое «покрытие» при отшнуровке и попадании в цитоплазму.

Кавеолы имеют четкую спиральную исчерченность на цитозольной стороне, в отличие от зубчиков клатрина на поверхности «опушенных» пузырьков. Остальные типы пузырьков имеют гладкую поверхность и этим отличаются от кавеол и «опушенных» пузырьков.

Факт, что липидные рафты могут формироваться в мембранах цитоплазматических структур, в частности, в АГ, предполагает возможный механизм биогенеза кавеол. Синтез кавеолина происходит на мембранах ЭПР, молекулы закрепляются «крючком» через внутренний листок мембраны ЭПР. Вскоре после синтеза мономеры кавеолина олигомеризуются в гептамеры, которые фосфорилируются, чтобы предупредить преждевременную сборку. Фосфорилированные олигомеры переносятся посредством COPII-пузырьков в АГ, где дефосфорилируются. Гипотетически холестерол встраивается в участки мембраны, в которые встроен кавеолин, и тогда эти участки, содержащие гептамеры кавеолина и холестреол, изгибают мембрану и формируют фрагмент рафта кавеол. Именно асимметрично встроенный в мембрану кавеолин обеспечивает создание изгибающего момента и задает в конечном счете форму кавеол. Т.е., липидные рафты, обогащенные кавеолином, образуются на мембранах АГ, затем транспортируются к плазмалемме, где они сливаются, накапливаются и формируют кавеолу «привычной» формы. Перенос кавеолинового «скелета» к плазмалемме происходит путем специального пузырькового транспортного пути.

Дата добавления: 2014-01-07 ; Просмотров: 3316 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Процесс эндоцитоза

Эндоцитоз и экзоцитоз — это два активных процесса, посредством которых различные материалы транспортируются через мембрану либо в клетки (эндоцитоз), либо из клеток (экзоцитоз).

При эндоцитозе плазматическая мембрана образует впячивания или выросты, которые затем, отшнуровываясь, превращаются в пузырьки или вакуоли. Различают два типа эндоцитоза.

1. Фагоцитоз («поедание») — поглощение клетками твердых частиц. Специализированные клетки, осуществляющие фагоцитоз, называются фагоцитами; эту функцию выполняют, например, некоторые виды лейкоцитов, поглощающие бактерии. Мембранный мешочек, обволакивающий поглощаемую частицу, называют фагоцитозной вакуолью.

2. Пиноцитоз («питье») — поглощение клеткой жидкого материала. Пузырьки, которые при этом образуются, часто бывают очень мелкими. В таком случае говорят о микропиноцитозе и пузырьки называют микропиноцитозными. Яйцеклетки человека именно таким способом поглощают питательные вещества из окружающих фолликулярных клеток. В щитовидной железе гормон тироксин запасается в форме тиреоглобулина в особых полых структурах (фолликулах). Когда возникает потребность в тироксине, фолликулярные клетки поглощают тиреоглобулин путем пиноци-тоза и здесь он превращается в тироксин, который затем поступает в кровь. Пиноцитоз характерен для очень многих клеток, как животных, так и растительных.

Экзоцитоз — процесс обратный эндоцитозу. Таким способом различные материалы выводятся из клеток: из пищеварительных вакуолей удаляются оставшиеся непереваренными плотные частицы, а из секретарных клеток путем «пиноцитоза наоборот» выводится их секрет. Именно так секретируются в частности ферменты поджелудочной железы. В растительных клетках путем экзоцитоза экспортируются материалы, необходимые для построения клеточных стенок.

Эндоцитоз и экзоцитоз.

Ядро клетки

Ядра имеются во всех эукариотических клетках, за исключением зрелых члеников ситовидных трубок флоэмы и зрелых эритроцитов млекопитающих. У некоторых протестов, в частности у Paramecium, имеется два ядра — микронуклеус и макронуклеус. Однако, как правило, клетки содержат только одно ядро. При рассмотрении клеток с помощью светового микроскопа ядра сразу бросаются в глаза, потому что из всех клеточных органелл они самые крупные. По этой же причине именно они были описаны первыми среди клеточных структур в ранних исследованиях микроскопистов. Диаметр ядер обычно равен приблизительно 10 мкм.

Ядро необходимо для жизни клетки, поскольку именно оно регулирует всю ее активность. Связано это с тем, что ядро несет в себе генетическую (наследственную) информацию, заключенную в ДНК. ДНК обладает способностью к репликации, причем ее репликация предшествует делению ядра, так что дочерние ядра также получают ДНК. Деление ядра в свою очередь предшествует клеточному делению, благодаря чему и у всех дочерних клеток имеются ядра. Ядро окружено ядерной оболочкой и содержит хроматин, а также одно или несколько ядрышек.

Особенности и основные типы эндоцитоза

Эндоцитоз — процесс, с помощью которого происходит перемещение веществ в клетку. Существует три основных типа эндоцитоза: фагоцитоз, пиноцитоз и рецепторно-опосредованный эндоцитоз.

Фагоцитоз

При фагоцитозе плазматическая мембрана клетки окружает макромолекулу или даже целую клетку из внеклеточной среды, образуя фагосому. Новообразованная фагосома затем сливается с лизосомой, гидролитические ферменты которой переваривают, содержащиеся внутри частицы.

Пиноцитоз

Схематическая анимация пиноцитоза

При пиноцитозе или «клеточном питье» клетка поглощает капли жидкости, зажимая и образуя везикулы, которые меньше фагосом, формирующихся при фагоцитозе. Подобно фагоцитозу, пиноцитоз представляет собой неспецифический процесс, при котором клетка принимает внутрь необходимые растворенные вещества и жидкость.

Рецепторно-опосредованный эндоцитоз

Схематическая анимация рецепторно-опосредованного-эндоцитоза

В отличие от фагоцитоза и пиноцитоза, рецепторно-опосредованный эндоцитоз является чрезвычайно избирательным процессом импорта веществ в клетку. Эта специфичность опосредуется рецепторными белками, расположенными на участках клеточной мембраны, называемых ямками, которые покрыты клатрином.

При рецепторно-опосредованном эндоцитозе клетка принимает внеклеточную молекулу, только если она связывается с ее специфическим рецепторным белком на поверхности клетки. После связывания, ямка на которой расположен рецепторный белок сжимается, образуя покрытый клатрином везикул. Подобно пищеварительному процессу в неспецифическом фагоцитозе, этот покрытый везикул сливается с лизосомой, чтобы переварить поглощенный материал и высвободить его в цитозоль.

Клетки млекопитающих используют рецепторно-опосредованный эндоцитоз для приема холестерина. Холестерин в крови обычно содержится в липид-белковых комплексах, называемых липопротеинами низкой плотности (ЛПНП). ЛПНП связываются с конкретными рецепторными белками на поверхности клеток, тем самым вызывая их поглощение с помощью рецепторно-опосредованного эндоцитоза.