Endocytóza je proces, pri ktorom sa látky presúvajú do bunky. Existujú tri hlavné typy endocytózy: fagocytóza, pinocytóza a receptorom sprostredkovaná endocytóza.

Fagocytóza

Schématická animácia pinocytózy

Schématická animácia receptorom sprostredkovanej endocytózy

Na rozdiel od fagocytózy a pinocytózy ide o mimoriadne selektívny proces importu látok do bunky. Táto špecifickosť je sprostredkovaná receptorovými proteínmi umiestnenými na miestach nazývaných jamky, ktoré sú potiahnuté klatrínom.

Pri receptorom sprostredkovanej endocytóze bunka prijíma extracelulárnu molekulu iba vtedy, ak sa naviaže na svoj špecifický receptorový proteín na povrchu bunky. Po naviazaní sa jamka, na ktorej sa nachádza receptorový proteín, stiahne, čím sa vytvorí vezikula potiahnutá klatrínom. Podobne ako pri tráviacom procese pri nešpecifickej fagocytóze sa táto potiahnutá vezikula spojí s lyzozómom, aby natrávil pohltený materiál a uvoľnil ho do cytosolu.

Cicavce využívajú na príjem cholesterolu receptorom sprostredkovanú endocytózu. Cholesterol sa zvyčajne nachádza v komplexoch lipid-proteín nazývaných lipoproteíny s nízkou hustotou (LDL). LDL sa viaže na špecifické receptorové proteíny na povrchu buniek, čím spôsobuje ich vychytávanie prostredníctvom receptorom sprostredkovanej endocytózy.

Typy endocytózy (pinocytóza, fagocytóza, receptorom sprostredkovaná endocytóza).

Morfologicky rozlíšiteľné varianty endocytózy zahŕňajú:

Endocytóza je absorpcia vody, látok, častíc a mikroorganizmov bunkou.

· Pinocytóza– proces absorpcie tekutých a rozpustených látok s tvorbou malých bubliniek. V tomto prípade je určitá oblasť bunkovej membrány invaginovaná, tvorí jamku a potom vezikula obsahujúcu lekársku bunkovú tekutinu.

· Fagocytóza- proces, pri ktorom špeciálne navrhnuté krvinky a telesné tkanivá zachytávajú a trávia pevné častice. Fagocytóza, na rozdiel od pinocytózy, indukuje signály, ktoré pôsobia na receptory v plazmaléme fagocytov.

· Receptorom sprostredkovaná endocytóza za vzniku vezikúl potiahnutých klaritínom- endocytóza, pri ktorej sa membránové receptory viažu na molekuly absorbovanej látky, alebo molekuly nachádzajúce sa na povrchu fagocytovaného objektu - ligandy. To znamená, že ligand interaguje s membránovým receptorom, tento komplex sa koncentruje na povrchu ohraničenej jamky a vytvorí sa vezikula ohraničená klaritínom, ktorá je ponorená do bunky.

Endocytóza nezávislá od klaritínu zahŕňajúca caveolae. Caveola je malá konkávna dutina plazmatickej membrány buniek stavovcov.

134. Exocytóza spontánna a regulovaná.Exocytóza- bunkový proces, pri ktorom sa vnútrobunkové vezikuly spájajú s vonkajšou bunkovou membránou, po ktorom sa obsah sekrečných vezikúl uvoľňuje von.

Regulovaná exocytóza– je spúšťaný určitým signálom, najčastejšie v dôsledku zvýšenia koncentrácie iónov vápnika v cytosóle. Spontánna exocytóza– vyskytuje sa (neustále) pri vytváraní a hromadení bublín pod plazmalemou.

Merokrinný spôsob sekrécie– sekrécia sekrécie exocytózou. Apokrinný– oddelenie sekrétu spolu s apikálnou časťou žľazy. Holokrinný- úplné zničenie exokrinnej žľazy.

Endocytóza je absorpcia (internalizácia) vody, látok, častíc a mikroorganizmov bunkou. Varianty endocytózy zahŕňajú pinocytózu, fagocytózu, receptorom sprostredkovanú endocytózu s tvorbou vezikúl potiahnutých klatrínom a endocytózu nezávislú od klatrínu s účasťou caveolae.

Pinocytóza- proces absorpcie tekutých a rozpustených látok s tvorbou malých bubliniek. Pinocytóza sa považuje za nešpecifickú metódu absorpcie extracelulárnych tekutín a látok v nich obsiahnutých, keď je určitá oblasť bunkovej membrány invaginovaná, čím sa vytvorí jamka a potom vezikula obsahujúca medzibunkovú tekutinu.

Endocytóza sprostredkovaná receptormi charakterizovaná absorpciou špecifických makromolekúl z extracelulárnej tekutiny, viazaných špecifickými receptormi umiestnenými v plazmaleme. Postupnosť dejov endocytózy sprostredkovanej receptorom je nasledovná: interakcia ligandu s membránovým receptorom → koncentrácia komplexu ligand-receptor na povrchu ohraničenej jamky → vytvorenie vezikuly s klatrínovým ohraničením → ponorenie ohraničeného vezikula do bunky. Chemomechanický proteín dynamín, ktorý má aktivitu GTPázy, tvorí na spojení plazmatickej membrány a ohraničeného vezikula tzv. molekulárna pružina, ktorá sa pri rozštiepení GTP narovná a vytlačí bublinu preč od plazmalemy. Podobne bunka absorbuje transferín, cholesterol spolu s LDL a mnohé ďalšie molekuly.

Endocytóza nezávislá od klatrínu. Prostredníctvom endocytózy nezávislej na klatríne dochádza k absorpcii mnohých predmetov a molekúl, napríklad receptor transformujúceho rastového faktora TGFβ, toxíny, vírusy atď. Jednou z ciest endocytózy nezávislej na klatríne je absorpcia s priemerom 50-80 nm - caveolae Caveoly sú charakteristické pre väčšinu typov buniek; sú obzvlášť početné v endotelových bunkách, kde sa podieľajú na transporte veľkých makromolekúl.

Fagocytóza– absorpcia veľkých častíc (napríklad mikroorganizmov alebo zvyškov buniek). Fagocytózu vykonávajú špeciálne bunky - fagocyty (makrofágy, neutrofily). Počas fagocytózy sa tvoria veľké endocytické vezikuly - fagozómy. Fagozómy sa spájajú s lyzozómami a vytvárajú sa fagolyzozómy. Fagocytóza, na rozdiel od pinocytózy, indukuje signály, ktoré pôsobia na receptory v plazmaléme fagocytov. Ako takéto signály slúžia protilátky, ktoré opsonizujú fagocytovanú časticu.

Exocytóza

Exocytóza (sekrécia) je proces, pri ktorom sa intracelulárne sekrečné vezikuly (napríklad synaptické) a sekrečné granuly spájajú s plazmalemou a ich obsah sa uvoľňuje z bunky. Pri exocytóze možno rozlíšiť nasledujúce po sebe nasledujúce štádiá: pohyb vezikuly do subplazmolemového priestoru, nadviazanie spojenia a (z angl. dock - docking) do oblasti plazmalemy, splynutie membrány, uvoľnenie obsahu granuly (vezikuly). ) a obnovenie (izoláciu) membrány granúl.

Membránové bubliny obsahujú látky, ktoré musia byť z bunky odstránené (sekrécia, exocytóza). Takéto vezikuly sa tvoria v Golgiho komplexe.

granule - sekrečné vezikuly s elektróndenzným obsahom, sú prítomné v chromafinných bunkách (katecholamíny), mastocytoch (histamín) a niektorých endokrinných bunkách (hormóny).

Konštitutívna a regulovaná sekrécia. Proces sekrécie môže byť spontánny a regulovaný. Jedna časť vezikúl neustále splýva s bunkovou membránou (konštitučná sekrécia), zatiaľ čo druhá časť vezikúl sa hromadí pod plazmalemou, ale proces fúzie vezikuly a membrány nastáva iba pod vplyvom signálu, najčastejšie v dôsledku k zvýšeniu koncentrácie Ca 2+ v cytosóle (regulovaná exocytóza) .

Druhy sekrécie.

O typoch sekrécie (merokrinná alebo ekrinná, apokrinná a holokrinná) sa bude diskutovať ďalej.

Transcytóza– transport makromolekúl cez bunku, pri ktorom dochádza k rýchlemu a efektívnemu prechodu z endocytózy na exocytózu. Transcytóza sa zvyčajne vyskytuje za účasti kaveol. Kaveoly tvoria diskrétne nosné vezikuly, ktoré sa pohybujú medzi apikálnymi a bazálnymi časťami bunky, pričom pri každom kroku prechádzajú procesom oddeľovania a fúzie (dopravný kruh). Transcytóza je charakteristická napríklad pre endotelové bunky, kde sú makromolekuly transportované cez bunky z lúmenu cievy do tkaniva.

Transport iónov a makromolekulárnych zlúčenín cez plazmalemu prebieha rôznymi spôsobmi. Prenikajú látky rozpustené v kvapalnom médiu bunková membrána buď sami – bez vektorov (alebo nosičov), alebo pomocou nosičov či nosičov. Transport bez nosičov sa nazýva pasívny (priamy transport) a prebieha cez membránové kanály, t.j. v tých oblastiach obsahujúcich proteín, ktoré sú priepustné pre malé molekuly (voda, močovina, ióny) a pôsobia ako molekulové sitá, ako aj cez lipidovú fázu. membrány. V druhom prípade slúži lipidová fáza ako rozpúšťadlo pre množstvo látok (étery a estery, mastné kyseliny atď.).

Najviac však látok preniknúť cez plazmalemu pomocou dopravných systémov, prípadne nosičov (nosičov). Ide o špecifické membránové proteíny integrálnej skupiny, príp funkčné komplexy lipoproteíny, ktoré viažu a transmembránovo transportujú molekuly substrátu. Najjednoduchším príkladom transportu sprostredkovaného nosičom je uľahčená (sprostredkovaná) difúzia. V tomto procese nosič uľahčuje transport látky cez membránu pozdĺž koncentračného gradientu bez vynaloženia energie.

Vykonávať aktívny transportný proces- proti koncentračnému gradientu (z oblasti s nízkou koncentráciou do oblasti s vysoká koncentrácia), je potrebný nielen nosič, ale aj zdroj energie, ktorým je zvyčajne adenozíntrifosfát (ATP). Aktívny transport môže slúžiť na transport jednej látky v jednom smere alebo na transport dvoch látok v opačných (alebo rovnakých) smeroch. V druhom prípade sa prenos látok nazýva viazaný aktívny transport. Na rozdiel od transportu zlúčenín s nízkou molekulovou hmotnosťou sa makromolekulárne zlúčeniny transportujú pomocou procesov endocytózy (do bunky) a exocytózy (von z bunky).

Endocytóza je transport makromolekúl cez plazmalemu. Respektíve stav agregácie Absorbovaná látka sa vyznačuje pinocytózou (zachytenie a transport kvapaliny alebo zlúčenín rozpustených v kvapaline bunkou) a fagocytózou (zachytenie a transport pevných častíc). Endocytóza môže byť nešpecifická a špecifická.

Nešpecifická endocytóza uskutočnené bez účasti receptorových proteínov plazmalémy. Prvým štádiom nešpecifickej endocytózy v prípade transportu pevných častíc je adhézia (prilepenie) častíc k vonkajšiemu povrchu plazmalemy (v tomto procese hrá dôležitú úlohu glykokalyx). Druhou fázou je ponorenie častíc do bunky invagináciou plazmalemy. K adhézii a ponoreniu dochádza v tých častiach plazmalemy, ktoré sú bez cholesterolu, t.j. najmenej tuhé, a ku ktorým na cytoplazmatickej strane prilieha vrstva klatrínového proteínu. Po oddelení úseku plazmalemy s pevnými časticami sa vytvorí intracelulárna vezikula - endozóm. Pohyb endozómu v hyaloplazme sa uskutočňuje pomocou cytoskeletálnych prvkov. Ďalší osud endozómy môžu byť odlišné. Endozómy najčastejšie prechádzajú procesom intracelulárneho trávenia: primárne lyzozómy sa približujú k endozómu a spájajú sa s ním - vzniká fagolyzozóm, v ktorom pod vplyvom hydrolytických enzýmov lyzozómov dochádza k chemickému rozkladu makromolekúl na monomérne zlúčeniny.

Ako sa rozkladá (trávi) makromolekuly Z fagolyzozómovej membrány sa oddeľujú fragmenty, ktoré sa integrujú do plazmalemy a dopĺňajú jej nedostatok, ktorý sa predtým vytvoril pri odlúčení endozómu.

Proces pinocytózy rozdelené na mikro- a makropinocytózu. S mikropinocytózou počiatočná fáza je vznik invaginácie plazmalemy, v ktorej sa nachádza časť tekutého média. Pinozómy, ktoré sa potom tvoria analogicky s endozómami, sú malé vezikuly (vezikuly), ktoré sa pri pohybe cytoplazmou môžu zlúčiť do väčších multipinocytotických útvarov. Ponorenie kvapky tekutiny počas mikropinocytózy sa nevyskytuje v náhodných oblastiach plazmalemy, ale v tých oblastiach, ktoré majú na strane hyaloplazmy tenkú vrstvu špeciálneho proteínu - klatrín. V týchto oblastiach zvyčajne chýba cholesterol, vďaka čomu je membrána náchylná na intususcepciu. Keď sa pinozóm (pinocytotická vezikula alebo vezikula) oddelí od membrány, má pozdĺž periférie vrstvu klatrínu, a preto sa vezikula nazýva ohraničená.

Makropinocytóza sa líši od mikropinocytózy v tom, že pomocou pomerne dlhých výrastkov plazmalemy bunka aktívne zachytáva fragmenty tekutého média. V tomto ohľade sa makropinocytóza nazýva aj rofeocytóza. Po ukončení výrastku so susednou oblasťou plazmalemy sa vytvorí veľká pinocytotická vakuola. Pri makropinocytóze sa teda proces absorpcie tekutiny bunkou vyskytuje intenzívnejšie.

Prírodné technológie biologických systémov Ugolev Alexander Michajlovič

5.7. Exocytóza a endocytóza

5.7. Exocytóza a endocytóza

Pre bunky rôzne druhy Charakteristické sú procesy exo- a endocytózy. V približnej forme je exocytóza uvoľňovanie akýchkoľvek produktov cez plazmatickú membránu do extracelulárneho prostredia, endocytóza je vstup materiálov z vonkajšieho prostredia do bunky. Tieto mechanizmy slúžia ako príklad komplexných systémov zostavených z funkčne prepojených blokov, ktoré realizujú viacstupňové procesy.

Exocytóza, najbežnejší mechanizmus sekrécie, je základom takých rôznych javov, ako je vonkajšia sekrécia hlienu, enzýmov, hormónov, uvoľňovanie neurotransmiterov pri prenose signálov z jednej bunky do druhej atď. Tento mechanizmus tiež zabezpečuje uvoľňovanie albumínu a niektorých ďalších proteínov hepatocytmi, histamínom - žírne bunky atď. Počas exocytózy sa materiál zabalený do sekrečných granúl pokrytých lipoproteínovou membránou uvoľňuje do vonkajšieho prostredia bunky (v niektorých prípadoch do medzibunkových priestorov).

Polypeptidové zložky secernovaných materiálov sa syntetizujú na ribozómoch endoplazmatického retikula, potom sa transportujú do cisterien Golgiho aparátu, kde sa balia do špeciálnych vezikúl. Sekrečné granule sa tvoria hlavne v dôsledku oddeľovania kúskov Golgiho aparátu. Predpokladá sa, že keď sa pohybujú smerom k plazmatickej membráne, spájajú sa a sú naplnené sekrétmi. Prístup sekrečných granúl vnútorný povrch plazmatickú membránu a splynú s ňou. Na jednom mieste membrány sa objaví stále sa zväčšujúci otvor, cez ktorý je obsah granúl vyvrhnutý. Ďalej sa membrána sekrečnej granule zmení na časť plazmatickej membrány alebo sa opäť ponorí do bunky, kde sa vytvorí prázdna vezikula naplnená sekrétom. Keďže pri exocytóze nie je dráha sekrečných granúl ideálna, časť sekrétu, ktorá vstupuje cez laterálnu membránu, predstavuje produkty vnútornej sekrécie. Na rozdiel od toho pri vnútornej sekrécii sa malá časť sekrécie vylučuje cez apikálnu membránu, a preto predstavuje zvyškovú vonkajšiu sekréciu endokrinných buniek. Tento názor podporuje skutočnosť, že pri vonkajšej sekrécii tráviacich enzýmov bunkami pankreasu, žalúdka, slinné žľazy Niektoré z týchto enzýmov vstupujú do krvi. V patológii vzťah medzi vonkajším a vnútorná sekrécia sa môže zmeniť.

Endocytóza sa scvrkáva na skutočnosť, že najčastejšie pod vplyvom určitého signálu sa časť membrány začne invaginovať do cytoplazmy. Výsledná vezikula pokrytá plazmatickou membránou sa začína pohybovať smerom k centrálnym štruktúram bunky. Je možné rozlíšiť niekoľko typov endocytózy: 1) fagocytóza - vstup „pevných“ štruktúr do vnútrobunkového prostredia; 2) pinocytóza - vstup tekutých substrátov do vnútrobunkového prostredia; 3) mikropinocytóza, ktorá sa líši od fago- a pinocytózy v nevýznamnej veľkosti vytvorených vezikúl.

Predtým sa predpokladalo, že všetky typy endocytózy sú spojené s intracelulárnym trávením. Teraz je však jasné, že endocytóza hrá dôležitú úlohu v intracelulárnych transportných mechanizmoch. V tomto prípade sa niektoré molekuly dostávajú do buniek z vonkajšieho aj vnútorného prostredia. Mechanizmus endocytózy nemá schopnosť zabezpečiť nutričné ​​potreby nielen mnohobunkových organizmov, ale ani jednotlivých buniek. Preto v mnohých prípadoch endocytóza vykonáva skôr transportnú ako nutričnú funkciu. Endocytóza je často spojená s výkonom ochranné funkcie, ako to v súvislosti s fagocytózou predpokladal I. I. Mečnikov. V mnohých prípadoch je absorpcia baktérií lymfocytmi sprevádzaná ich zabíjaním bez hlbokého trávenia. Inými slovami, ochranná fagocytóza nie je vždy a nie úplne typom intracelulárneho trávenia.

Zvlášť zaujímavý je proces, ktorý sa vyskytuje počas kombinácie endo- a exocytózy. V tomto prípade vezikula vytvorená na povrchu membrány vstupuje do bunky endocytózou a na druhom póle bunky uvoľňuje svoj obsah exocytózou. Tento proces, ktorý navrhujeme nazvať transcytóza, zabezpečuje prechod čiastočne alebo úplne kontaktného materiálu, ako aj vysokomolekulárnych zlúčenín cez bunku. Napríklad v dôsledku transcytózy prenikajú bielkoviny materského mlieka cez črevnú bariéru do vnútorného prostredia tela dieťaťa. Pravdepodobne týmto spôsobom je zabezpečená imunitná odolnosť tela počas prvých dní postembryonálneho obdobia. Je možné, že transcytóza je charakteristická nielen pre novorodencov, ale aj pre dospelých.

Receptormi sprostredkovaná endocytóza je špecializovaný mechanizmus (obr. 33), ktorý sa podieľa na najmenej 13 rôznych procesoch internalizácie molekúl, najmä proteínov, v bunkách rôznych typov v zdraví a chorobe. Receptorová funkcia endocytózy spočíva v tom, že v dôsledku prenosu vezikúl vytvorených na povrchu bunky do bunky, najmä do Golgiho aparátu a iných intracelulárnych organel, sa realizuje transport signálov do intracelulárnych systémov. Toto je obzvlášť dôležité, keď je bunková membrána pre tieto signály nepriepustná. Existujú argumenty, že sa takto prenáša vplyv rôznych kortikosteroidov a iných kortikoidných hormónov, inzulínu a množstva ďalších. Vo všetkých prípadoch do vnútrobunkového prostredia tela prenikajú rôzne proteíny a peptidy a niekedy aj supramolekulárne agregáty, ktoré nepreniknú cez membránu inými mechanizmami.

Ryža. 33. Zjednodušená schéma receptorom sprostredkovanej endocytózy (štádiá väzby, akumulácie a vstupu typických ligandov do fibroblastu).

Rôzne typy receptorov, syntetizované za účasti ribozomálneho aparátu a v mnohých prípadoch podliehajúce následnému spracovaniu v Golgiho aparáte, sú integrované do plazmatickej membrány pomocou nedostatočne pochopeného mechanizmu. Spočiatku je ich distribúcia rozptýlená. Keď dorazia signály - hormóny, neurotransmitery, kelony atď. - zodpovedajúce receptory vytvoria komplex ligand-receptor, po ktorom sa ich schopnosť bočného pohybu zvýši a začnú sa koncentrovať v určitých oblastiach bunky - „ohraničených jamkách“. Potom, čo komplexy ligand-receptor v ohraničenej jamke dosiahnu určitú koncentráciu, táto jamka sa začne prehlbovať do cytoplazmy, čím sa vytvorí vezikula, ktorá sa od endocytickej vezikuly líši mechanizmom vzniku a ďalšími charakteristikami. Vezikula sa presúva do cytoplazmy, nejaký čas sa spája s lyzozómami alebo cisternami Golgiho aparátu a potom sa vracia na povrch membrány. Zdá sa, že vezikula robí veľa revolúcií.

Keď sa vezikula spojí s lyzozómami, očakáva sa, že signálne molekuly alebo iné ligandy budú zničené, zatiaľ čo receptory budú zachované. V prípade pripojenia k iným bunkovým organelám sa signál pravdepodobne prenáša do vnútorných štruktúr bunky. Tento proces, nazývaný „internalizácia“, je teda ďalším mechanizmom, ktorým sa realizuje kontrola bunkové funkcie. Strata alebo narušenie endocytového bloku nevyhnutne ovplyvní všetky bunkové funkcie, aj keď len v dôsledku porúch v signalizačnom systéme.

Koncept funkčných blokov čelí mnohým ťažkostiam, existujú však teoretické a experimentálne argumenty na ich prekonanie. Jednou z ťažkostí je otázka, či koncept univerzálnych funkčných blokov odporuje predstavám o evolúcii na molekulárnej alebo jej blízkej úrovni. Možnosť rekombinácie funkčných blokov však možno právom považovať za evolučný proces, úžasný svojou bohatosťou svojich schopností. Príkladom je evolúcia genetického aparátu a iné informačné systémy, kde sa hlavným mechanizmom stáva rekombinácia. V mnohých prípadoch myšlienka existencie univerzálnych funkčných blokov nielenže neodmieta zmeny, ale predpokladá aj ich zrýchlený vývoj. Rovnaká myšlienka nám umožňuje pochopiť prípady konzervativizmu niektorých molekúl alebo ich častí počas obrovských časových období.

Ďalšia ťažkosť sa týka účasti značného počtu rôznych funkčných blokov – izoenzýmov, izohormónov – v rovnakom mechanizme. Táto rozmanitosť blokov je tiež vysvetlená v rámci hlavnej myšlienky, berúc do úvahy moderné nápady genetika o vlastnostiach genetického aparátu a cytofyziológia o posttranslačnom spracovaní.

Pod tlakom faktov musíme opustiť myšlienku, že špecializácia a dokonalosť sú komplexné fyziologické funkcie súvisiace so špecializáciou elementárne funkcie a funkčné bloky, ktoré ich implementujú. Naopak, vysoká špecializácia komplexné funkcie sa dosahuje na základe rekombinácie a transpozície veľkého, aj keď obmedzeného súboru molekulárnych strojov, ktoré vykonávajú elementárne fyziologické operácie. Živé systémy sú jedinečné súbory univerzálnych funkčných blokov organizovaných určitým spôsobom. Jedinečnosť a špecializácia sa dosahuje kombináciou univerzálnych funkčných blokov v priestore a čase, a nie jedinečnosťou prvkov, z ktorých je daný systém vybudovaný.

Koncept univerzálnych funkčných blokov nielen ovplyvňuje všeobecné myšlienky biológov a lekárov, ale vedie aj k množstvu ďalekosiahlych praktických záverov. V prvom rade to otvára perspektívy pre rôznymi spôsobmi chemické a farmakologické účinky na ľudský organizmus, ako aj na vážnejšie pokusy ľudstva zasahovať do okolitého sveta, aby ho ovládlo, alebo naopak vyťažilo určitý benefit bez toho, aby to ovplyvnilo prírodu ako celok.