Az endocitózis az a folyamat, amelynek során az anyagok bejutnak a sejtbe. Az endocitózisnak három fő típusa van: fagocitózis, pinocitózis és receptor által közvetített endocitózis.

Fagocitózis

Pinocytosis sematikus animációja

Receptor-mediált endocitózis sematikus animációja

Ellentétben a fagocitózissal és a pinocitózissal, rendkívül szelektív folyamat az anyagok sejtbe történő bejuttatására. Ezt a specifitást a klatrinnal borított gödrökben található receptorfehérjék közvetítik.

A receptor által közvetített endocitózisban a sejt csak akkor fogad el egy extracelluláris molekulát, ha az a sejtfelszínen specifikus receptorfehérjéhez kötődik. A kötődés után a gödör, amelyen a receptorfehérje található, összezsugorodik, és klatrin bevonatú vezikulát képez. Hasonlóan az emésztési folyamathoz a nem specifikus fagocitózisban, ez a bevont vezikula egyesül a lizoszómával, megemészti a lenyelt anyagot, és felszabadítja a citoszolba.

Az emlősök receptor által közvetített endocitózist alkalmaznak a koleszterin felvételére. A koleszterin általában az alacsony sűrűségű lipoproteineknek (LDL) nevezett lipid-protein komplexekben található. Az LDL a sejtfelszínen specifikus receptorfehérjékhez kötődik, ezáltal receptor által közvetített endocitózison keresztül felveszik azokat.

Az endocitózis típusai (pinocitózis, fagocitózis, receptor-mediált endocitózis).

Az endocitózis morfológiailag megkülönböztethető változatai a következők:

Az endocitózis a víz, anyagok, részecskék és mikroorganizmusok sejt általi felszívódása.

· pinocytosis- a folyékony és oldott anyagok felszívódásának folyamata kis buborékok képződésével. Ugyanakkor a sejtmembrán egy bizonyos területe behatol, üreget, majd mézes sejtfolyadékot tartalmazó hólyagot képez.

· Fagocitózis- olyan folyamat, amelyben a vérben és a test szöveteiben található speciálisan kialakított sejtek felfogják és megemésztik a szilárd részecskéket. A fagocitózis a pinocitózissal ellentétben olyan jeleket indukál, amelyek a fagociták plazmolemmájában lévő receptorokra hatnak.

· Receptor által közvetített endocitózis klaritinnel bevont vezikulákkal- endocitózis, amelyben a membránreceptorok az abszorbeált anyag molekuláihoz, vagy a fagocitált tárgy felszínén elhelyezkedő molekulákhoz kötődnek - ligandumok. Vagyis a ligandum kölcsönhatásba lép a membránreceptorral, ez a komplex a szegélyezett üreg felszínén koncentrálódik, és kialakul a klaritinnal határolt vezikula, amely bemerül a sejtbe.

· Claritin-független endocitózis caveolákkal. A caveola gerinces sejtek plazmamembránjának enyhe homorúsága.

134. Spontán és szabályozott exocytosis.Exocitózis- sejtfolyamat, amelyben az intracelluláris vezikulák összeolvadnak a külső sejtmembránnal, majd a kiválasztó vezikulák tartalma kifelé távozik.

Szabályozott exocitózis- egy meghatározott jel váltja ki, leggyakrabban a citoszolban lévő kalciumionok koncentrációjának növekedése miatt. Spontán exocitózis- előfordul (folyamatosan), amikor buborékok képződnek és felhalmozódnak a plazmalemma alatt.

Merokrin szekréciós mód exocitózissal történő szekréció. Apokrin- a titok elválasztása a mirigy csúcsi részével együtt. Holokrin- a külső elválasztású mirigy teljes pusztulása.

Az endocitózis a víz, anyagok, részecskék és mikroorganizmusok sejt általi abszorpciója (internalizációja). En

pinocytosis- a folyékony és oldott anyagok felszívódásának folyamata kis buborékok képződésével. A pinocitózist az extracelluláris folyadékok és a benne lévő anyagok nem specifikus felszívódásának tekintik, amikor a sejtmembrán egy bizonyos területe behatol, gödröt, majd intercelluláris folyadékot tartalmazó vezikulát képezve.

Receptor által közvetített endocitózis A plazmalemmában elhelyezkedő specifikus receptorok által megkötött specifikus makromolekulák extracelluláris folyadékból való felszívódásával jellemezhető. A receptor által közvetített endocitózis eseménysora a következő: a ligandum kölcsönhatása a membrán receptorral → a „ligandum-receptor” komplex koncentrációja a szegélyezett üreg felszínén → klatrinnal bélelt vezikula kialakulása → bemerülés a membránba. szegélyezett hólyagos sejt. A chemomechanikus protein dinamin, amely GTPáz aktivitással rendelkezik, a plazmalemma és a szegélyezett vezikula találkozásánál alkotja az ún. molekuláris rugó, amely a GTP felhasadásakor kiegyenesíti és taszítja a buborékot a plazmalemmából. Hasonlóképpen, a sejt transzferrint, koleszterint, LDL-t és sok más molekulát vesz fel.

Klatrin-független endocitózis. Sok tárgy és molekula abszorbeálódik a klatrin-független endocitózissal, például a transzformáló növekedési faktor receptor TGFβ, toxinok, vírusok, stb. A klatrin-független endocitózis egyik módja az 50-80 nm átmérőjű abszorpció - caveolae. ; különösen nagy számban fordulnak elő az endothel sejtekben, ahol nagy makromolekulák szállításában vesznek részt.

Fagocitózis– nagy részecskék (pl. mikroorganizmusok vagy sejttörmelékek) felszívódása. A fagocitózist speciális sejtek - fagociták (makrofágok, neutrofilek) végzik. A fagocitózis során nagy endocitikus vezikulák képződnek - fagoszómák. A fagoszómák összeolvadnak a lizoszómákkal és kialakulnak fagolizoszómák. A fagocitózis a pinocitózissal ellentétben olyan jeleket indukál, amelyek a fagociták plazmolemmájában lévő receptorokra hatnak. Ilyen jelként a fagocitált részecskéket opzonáló antitestek szolgálnak.

Exocitózis

Az exocitózis (szekréció) az a folyamat, amikor az intracelluláris szekréciós vezikulák (például szinaptikus) és a szekréciós szemcsék egyesülnek a plazmamembránnal, és tartalmuk kiszabadul a sejtből. Az exocitózis során a következő egymást követő szakaszok különböztethetők meg: a vezikula mozgása a szubplazmolemális térbe, kapcsolat kialakítása és (az angol dokkból - dokkolás) a plazmamembrán helyével, a membránok összeolvadása, a a szemcse (vezikula) tartalmának felszabadítása és a szemcsemembrán helyreállítása (izolálása).

Membrán hólyagok sejtből eltávolítandó anyagokat tartalmaznak (szekréció, exocitózis). Ilyen hólyagok a Golgi-komplexumban képződnek.

Granulátum - elektronsűrű tartalmú szekréciós vezikulák, jelen vannak a kromaffin sejtekben (katekolaminok), hízósejtekben (hisztamin) és egyes endokrin sejtekben (hormonok).

Konstitív és szabályozott szekréció. A kiválasztási folyamat lehet spontán és szabályozott. A vezikulák egy része folyamatosan egyesül a sejtmembránnal (konstitutív szekréció), míg a hólyagok másik része a plazmamembrán alatt halmozódik fel, de a vezikula és a membrán összeolvadási folyamata csak jel hatására megy végbe, a legtöbb gyakran a citoszol Ca 2+ -koncentrációjának növekedése miatt (szabályozott exocitózis) .

A váladék típusai.

A szekréció típusairól (merokrin vagy ekkrin, apokrin és holokrin) később lesz szó.

Transzcitózis– makromolekulák szállítása a sejten keresztül, melynek során az endocitózisról az exocitózisra gyors és hatékony váltás történik. A transzcitózist általában caveolák részvételével hajtják végre. A caveolák különálló hordozóhólyagokat képeznek, amelyek a sejt apikális és bazális része között haladnak, és minden körben elválasztási-fúziós folyamaton mennek keresztül (transzportkör). A transzcitózis jellemző például az endothelsejtekre, ahol a makromolekulák a sejteken keresztül az ér lumenéből a szövetbe jutnak.

Ionok és makromolekuláris vegyületek transzportja a plazmalemmán keresztül különböző módokon. A folyadékokban oldott anyagok áthaladnak sejt membrán vagy maguk - hordozók (vagy hordozók) nélkül, vagy hordozók, vagy hordozók segítségével. A hordozók nélküli szállítást passzívnak (közvetlen transzportnak) nevezik, és membráncsatornákon keresztül, azaz azokon a fehérjetartalmú területeken történik, amelyek áteresztőek a kis molekulák számára (víz, karbamid, ionok) és molekulaszitaként működnek, valamint a membrán lipid fázisa. Ez utóbbi esetben a lipidfázis számos anyag (éterek és észterek, zsírsavak stb.) oldószereként szolgál.

A legtöbb anyag azonban áthatolnak a plazmalemmán szállítórendszerek vagy szállítók (fuvarozók) használatával. Ezek az integrálcsoport specifikus membránfehérjék, ill funkcionális komplexek lipoproteinek, amelyek megkötik és a szubsztrát molekulákat transzmembránon szállítják. A hordozó által segített transzport legegyszerűbb példája a megkönnyített (közvetített) diffúzió. Ebben a folyamatban a hordozó elősegíti bármely anyag átvitelét a membránon a koncentráció gradiens irányába anélkül, hogy energiát pazarolna.

A megvalósításhoz aktív szállítási folyamat- a koncentráció gradiens ellen (alacsony koncentrációjú területről olyan területre, ahol magas koncentráció), nemcsak hordozóra van szükség, hanem energiaforrásra is, amely általában adenozin-trifoszfát (ATP). Az aktív transzport szolgálhat egy anyag egyirányú, vagy két anyag ellentétes (vagy azonos) irányú szállítására. Ez utóbbi esetben az anyagok átvitelét kapcsolt aktív transzportnak nevezzük. Ellentétben a kis molekulatömegű vegyületek transzportjával, a makromolekuláris vegyületek az endocitózis (a sejtbe) és az exocitózis (a sejtből kifelé) folyamataival transzportálódnak.

Endocitózis a makromolekulák szállítása a plazmalemmán keresztül. Illetőleg az összesítés állapota Az abszorbeált anyagok pinocitózist (a folyadék vagy a folyadékban oldott vegyületek sejt általi befogása és szállítása) és fagocitózist (szilárd részecskék befogása és szállítása) bocsátanak ki. Az endocitózis nem specifikus és specifikus.

Nem specifikus endocitózis a plazmamembrán receptorfehérjéinek részvétele nélkül végezzük. A nem specifikus endocitózis első szakasza szilárd részecskék szállítása esetén a részecskék adhéziója (ragadása) a plazmolemma külső felületéhez (ebben a folyamatban fontos szerepet játszik a glikokalix). A második szakasz a részecskék sejtbe merítése a plazmalemma invaginálásával. Az adhézió és az elmerülés a plazmalemma azon részein fordul elő, amelyek koleszterinmentesek, azaz a legkevésbé merevek, és amelyek mellett a citoplazmából egy klatrin fehérje réteg található. Miután a plazmalemma szilárd részecskéket tartalmazó szakaszát lefűztük, intracelluláris vezikula képződik - az endoszóma. Az endoszóma mozgása a hialoplazmában a citoszkeleton elemeinek segítségével történik. További sors Az endoszómák különbözőek lehetnek. Leggyakrabban az endoszómák intracelluláris emésztési folyamaton mennek keresztül: az elsődleges lizoszómák megközelítik az endoszómát és egyesülnek vele - fagolizoszóma képződik, amelyben a lizoszómák hidrolitikus enzimei hatására a makromolekulák kémiailag monomer vegyületekké hasadnak.

Ahogy lebomlik (emésztődik) makrómolekulák A fagolizoszóma membránjáról töredékek válnak le, amelyek a plazmalemmába ágyazódnak és pótolják annak hiányát, amely korábban az endoszóma leválása során keletkezett.

Pinocytosis folyamat mikro- és makropinocitózisra oszthatók. Mikropinocitózissal kezdeti szakaszban a plazmalemma invaginációjának kialakulása, amelyben a folyékony közeg egy része található. A pinoszómák, amelyek ezután képződnek, az endoszómákkal analóg módon, kis vezikulák (vezikulák), amelyek a citoplazmán áthaladva nagyobbakká - multipinocitotikus képződményekké - egyesülhetnek. A mikropinocitózis során egy csepp folyadék bemerülése nem a plazmolemma véletlenszerű szakaszaiban fordul elő, hanem azokon a területeken, ahol egy speciális fehérje, a klatrin vékony rétege van a hialoplazma oldalán. Ezeken a területeken általában nincs koleszterin, ami a membránt érzékennyé teszi az intussuscepcióra. Amikor egy pinoszómát (pinocitikus vezikulát vagy hólyagot) fűzünk a membránból, annak perifériája mentén egy klatrinréteg van, ezért a vezikulát szegélyezettnek nevezik.

Macropinocytosis abban különbözik a mikropinocitózistól, hogy a plazmolemma meglehetősen hosszú kinövései segítségével a sejt aktívan megragadja a folyékony táptalaj fragmentumait. Ebben a tekintetben a makropinocitózist ropeocitózisnak is nevezik. Miután a kinövés vége a plazmalemma szomszédos részével záródik, nagy pinocitás vakuólum képződik. Így makropinocitózis esetén a folyadék sejt általi felszívódásának folyamata intenzívebben megy végbe.

A biológiai rendszerek természetes technológiái Ugolev Alekszandr Mihajlovics

5.7. Exocitózis és endocitózis

5.7. Exocitózis és endocitózis

A sejtekhez különféle típusok jellemzőek az exo- és endocitózis folyamatai. Közelítőleg az exocitózis a plazmamembránon keresztül bármilyen termék kibocsátása az extracelluláris környezetbe, az endocitózis pedig a külső környezetből származó anyagok sejtbe jutása. Ezek a mechanizmusok példaként szolgálnak olyan összetett rendszerekre, amelyek funkcionálisan összekapcsolt blokkokból épülnek fel, és amelyek többlépcsős folyamatokat valósítanak meg.

Az exocitózis, a szekréció leggyakoribb mechanizmusa olyan változatos jelenségek hátterében áll, mint a nyálkahártya, enzimek, hormonok külső szekréciója, a neurotranszmitterek felszabadulása az egyik sejtből a másikba történő jelátvitel során stb. Ez a mechanizmus biztosítja az albumin és néhány más fehérje felszabadulását is a hepatociták, hisztamin által. hízósejtek stb. Az exocitózis során a lipoprotein membránnal borított szekréciós szemcsékbe csomagolt anyag a sejt külső környezetébe (esetenként a sejtközi terekbe) kerül.

A szekretált anyagok polipeptid komponenseit az endoplazmatikus retikulum riboszómáin szintetizálják, majd a Golgi-készülék tartályaiba szállítják, ahol speciális vezikulákba csomagolják. A váladékszemcsék főleg a Golgi-készülék darabjainak lefűzése eredményeként jönnek létre. Feltételezhető, hogy a plazmamembránhoz való mozgás során összeolvadnak és megtelnek egy titokkal. Szekretoros granulátum megközelítés belső felület plazma membránt és biztosítékot vele. A membrán egyik pontján egyre nagyobb lyuk jelenik meg, amelyen keresztül a szemcsék tartalma kilökődik. Továbbá a szekréciós granulátum membránja a plazmamembrán részévé válik, vagy ismét belemerül a sejtbe, ahol egy üres vezikula képződik, amely titokkal van megtöltve. Mivel az exocitózis során a szekréciós granulátum útja nem ideális, a szekréciónak az oldalsó membránon keresztül jutó része endokrin termékek. Ezzel szemben a belső szekrécióban a váladék egy kis része az apikális membránon keresztül választódik ki, és ezért az endokrin sejtek maradék külső szekrécióját képviseli. Ezt az álláspontot támasztja alá az a tény, hogy az emésztőenzimek külső szekréciója során a hasnyálmirigy sejtjei, a gyomor, nyálmirigyek ezen enzimek egy része bejut a vérbe. A patológiában a külső és belső szekréció megváltozhat.

Endocitózis Ez arra vezethető vissza, hogy leggyakrabban egy adott jel hatására a membrán egy része elkezd behatolni a citoplazmába. A létrejövő, plazmamembránnal borított vezikula a sejt központi struktúrái felé kezd mozogni. Az endocitózisnak többféle típusa különböztethető meg: 1) fagocitózis - "szilárd" struktúrák intracelluláris környezetébe való belépés; 2) pinocytosis - folyékony szubsztrátok bejutása az intracelluláris környezetbe; 3) mikropinocitózis, amely a kialakult vezikulák jelentéktelen méretével különbözik a fago- és pinocitózistól.

Korábban azt feltételezték, hogy az endocitózis minden típusa összefügg az intracelluláris emésztéssel. Mára azonban világossá vált, hogy az endocitózis fontos szerepet játszik az intracelluláris transzport mechanizmusaiban. Ebben az esetben a molekulák egy része a sejtek belsejébe kerül mind a külső, mind a belső környezetből. Az endocitózis mechanizmusa nem csak a többsejtű szervezetek, hanem az egyes sejtek táplálkozási igényeit sem képes kielégíteni. Ezért sok esetben az endocitózis nem táplálkozási, hanem szállítási funkciót lát el. Az endocitózis gyakran társul védelmi funkciók, ahogy azt a fagocitózissal kapcsolatban I. I. Mechnikov feltételezte. A baktériumok limfociták általi felszívódását sok esetben mélyemésztés nélküli elpusztulásuk kíséri. Más szóval, a védő fagocitózis nem mindig és nem teljesen egyfajta intracelluláris emésztés.

Különösen érdekes az a folyamat, amely az endo- és exocitózis kombinációja során megy végbe. Ebben az esetben a membrán felszínén kialakuló vezikula endocitózissal bejut a sejtbe, és exocitózissal a sejt másik pólusán szabadítja fel tartalmát. Ez a folyamat, amelyet transzcitózisnak nevezünk, biztosítja a részben vagy teljesen ép anyag, valamint a nagy molekulatömegű vegyületek átjutását a sejten. Például a transzcitózis következtében az anyatejfehérjék a bélgáton keresztül behatolnak a gyermek testének belső környezetébe. Valószínűleg így a posztembrionális időszak legelső napjaiban biztosított a szervezet immunrezisztenciája. Lehetséges, hogy a transzcitózis nemcsak újszülöttekre, hanem felnőttekre is jellemző.

A receptorok által közvetített endocitózis egy speciális mechanizmus (33. ábra), amely legalább 13 különböző molekulák, főként fehérjék internalizációjának folyamatában vesz részt, különböző sejttípusokban normál és patológiás körülmények között. Az endocitózis receptor funkciója arra redukálódik, hogy a sejtfelszínen képződött vezikulák sejtbe, különösen a Golgi apparátusba és más intracelluláris organellákba történő átvitele eredményeként jelátvitel valósul meg az intracelluláris rendszerekbe. Ez különösen fontos, ha a sejtmembrán nem átjárható ezeknek a jeleknek. Vannak érvek amellett, hogy a különböző kortikoszteroidok és más kortikoszteroid hormonok, az inzulin és számos más hatása ilyen módon közvetítődik. Minden esetben a különböző fehérjék és peptidek behatolása a test intracelluláris környezetébe, és néha olyan szupramolekuláris aggregációk, amelyek más mechanizmusokon keresztül nem hatolnak át a membránon.

Rizs. 33. A receptor által közvetített endocitózis egyszerűsített sémája (a tipikus ligandumok kötődésének, felhalmozódásának és bejutásának szakaszai a fibroblasztba).

Különféle típusú receptorok, amelyeket a riboszómális apparátus részvételével szintetizálnak, és sok esetben a Golgi-készülékben későbbi feldolgozásnak vetik alá, nem kellően egyértelmű mechanizmussal integrálódnak a plazmamembránba. Kezdetben eloszlásuk diffúz. A jelek - hormonok, neurotranszmitterek, chalonok stb. - vételekor a megfelelő receptorok ligandum-receptor komplexet alkotnak, ami után megnő az oldalirányú mozgási képességük, és a sejt bizonyos területein - "határozott gödrökben" kezdenek koncentrálódni. Miután a szegélyezett gödörben a ligandum-receptor komplexek elérnek egy bizonyos koncentrációt, ez a gödör elkezd mélyülni a citoplazmába, és vezikulát képez, amely keletkezési mechanizmusában és egyéb jellemzőiben különbözik az endocitikus vezikulumtól. A vezikula beköltözik a citoplazmába, egy ideig csatlakozik a Golgi-készülék lizoszómáihoz vagy ciszternáihoz, majd visszatér a membrán felületére. Úgy tűnik, a hólyag sok fordulatot tesz.

Ha egy vezikulum lizoszómákhoz kapcsolódik, a jelátviteli molekulák vagy más ligandumok elpusztulnak, miközben a receptorok megmaradnak. A sejt más organellumokhoz való kapcsolódása esetén valószínűleg egy jel továbbítódik a sejt belső struktúráihoz. Így ez az „internalizációnak” nevezett folyamat egy másik mechanizmus, amellyel az irányítást megvalósítják. sejtfunkciók. Az endocitikus blokk elvesztése vagy megsértése elkerülhetetlenül hatással lesz a sejt összes funkciójára, már csak a jelátviteli rendszer megsértése miatt is.

A funkcióblokkok koncepciója számos nehézségbe ütközik, de vannak elméleti és kísérleti érvek ezek leküzdésére. Az egyik nehézség az, hogy az univerzális funkcionális blokkok fogalma nem mond-e ellent az evolúcióról alkotott elképzeléseknek molekuláris szinten vagy ahhoz közel. A funkcionális blokkok rekombinációjának lehetősége azonban joggal tekinthető evolúciós folyamatnak, amely a lehetőségek gazdagságában szembetűnő. Példa erre a genetikai apparátus és egyebek evolúciója információs rendszerek ahol a rekombináció válik a fő mechanizmussá. Számos esetben az univerzális funkcionális blokkok létezésének gondolata nemcsak nem utasítja el a változásokat, hanem feltételezi azok felgyorsult fejlődését is. Ugyanez az elképzelés lehetővé teszi számunkra, hogy megértsük egyes molekulák vagy részeik konzervativizmusának eseteit hatalmas időn keresztül.

Egy másik nehézség jelentős számú különböző funkcionális blokk - izoenzimek, izohormonok - részvétele ugyanabban a mechanizmusban. Az ilyen sokféle blokk magyarázatot is talál a fő gondolat keretein belül, figyelembe véve kortárs elképzelések genetika a genetikai apparátus tulajdonságairól, és citofiziológia - a poszttranszlációs feldolgozásról.

A tények nyomása alatt fel kell hagyni azzal a gondolattal, hogy a specializáció és a tökéletesség összetett élettani funkciók specializációval kapcsolatos elemi függvényekés az ezeket megvalósító funkcionális blokkok. Éppen ellenkezőleg, magas specializáció összetett funkciók egy nagy, bár korlátozott számú molekuláris gépkészlet rekombinációja és transzpozíciója alapján érhető el, amelyek elemi élettani műveleteket hajtanak végre. Az élő rendszerek univerzális funkcionális blokkok egyedi halmazai, amelyek egy bizonyos módon szerveződnek. Az egyediség és a specializáció az univerzális funkcionális blokkok térben és időben történő kombinációjával érhető el, nem pedig azon elemek egyedisége miatt, amelyekből ez a rendszer épül.

Az univerzális funkcióblokkok fogalma nemcsak befolyásolja általános elképzelések biológusok és orvosok, hanem számos messzemenő gyakorlati következtetéshez vezet. Először is kilátásokat nyit a számára különböző módokon az emberi szervezetre gyakorolt ​​kémiai és farmakológiai hatások, valamint az emberiség komolyabb kísérletei arra, hogy beavatkozzanak a körülötte lévő világba, hogy irányítsák azt, vagy éppen ellenkezőleg, bizonyos előnyöket nyerjenek ki anélkül, hogy a természet egészét érintenék.