Шмидт, Тевс (ред.) - Физиология человека - т.1 (Шмидт, Тевс (ред.) - Физиология человека - 1996), страница 6

Внеклеточный материал, захваченный в протасов зндоцитоза (на рисунке спрсес), транспортируется через клетку в везикулах, нли пузырьках, и выделяется посредством экзоцитоза (на рисунке слева) достаточно подвижны: они вращаются вокруг оси, перпендикулярной к мембране, нли диффундирую'г латерально с весьма различными константами диффузии, в 2 -10000 раз медленнее, чем фосфолнпиды. так, если некоторые белки перемещаются в липид- глхвх ь основы клнточнои оизиологии 19 ном слое свободно и с такой же скоростью. как сами лишц1ные молекулы, то другие заякорены, т.е.

довольно прочно связаны с цитоскелетом. Существуют «постоянные» агрегаты специфических белков в мембране, например пре- и постсинаптические структуры нервных клеток (с. 6Ц. Свободно перемещаюшиеся белки можно продемонстрировать путем связывания их с флуоресцентными красителями. свечение которых индуцируют, освещая кратковременными вспышками маленький участок мембраны. Такие эксперименты показывают, что менее чем за 1 мин связавшиеся с красителем белки равномерно распределяются по мембране на расстояния до !О мхм.

Активный транспорт в мембранах органелл. Процессы активного транспорта, которые играют жизненно важную роль в функционировании плазматической мембраны, протекают также и внутри клетки — в мембранах органелл. Специфическое содержимое различных органелл создается отчасти благодаря внутреннему синтезу, а отчасти- за счет активного транспорта из цитозоля. Одним из примеров последнего является упомивавшийся выше Саз'-насос в саркоплазматическом ретикулуме мышечных клеток. Особенно интересно, что в случае синтеза АТФ в митохондриях действует принцип, обратный тому, что имеет место в АТФазных насосах плазматической мембраны (рис.

1.б). При синтезе АТФ окислительный метаболизм приводит к образованию крутого градиента Н' на внутренних мембранах. Этот градиент является движущей силой для процесса„обратного насосному циклу активного транспорта молекул: ионы Н' движутся через мембрану по градиенту, а высвобождающаяся в результате этого энергия обеспечивает синтез АТФ из АДФ и фосфата. Образовавшаяся АТФ в свою очередь обеспечивает энергией клетку, в том числе и для активного транспорта. Траоеиорт в везпиулах. В клетке имеется большое число органелл и связанных с ними везикул (рис. 1.1). Этн органеллы, а везикулы особенно, находятся в постоянном движении, транспортируя свое содержимое к другим органеллам или к плазматической мембране.

Везикулы могут также мигрировать из клеточной мембраны к органеллам. как при эндоцитозе. Процесс секреции белка представлен на рис. 1.12, А. Белок синтезируется вблизи ядра клетки на рибосомах, связанных с зндоплазматическим ретикулумом (так называемый гранулярный, или шероховатый, эндоплазматическнй ретикулум); попав в эндоплазматический регикулум, белок упаковывается в транспортные везикулы, которые отделяются от органеллы и мигрируют к аппарату Гольджи. Здесь они сливаются с цистернами аппарата Гольджи„где белок модифицируется (т.е. превращается в гликопротеин).

На концах цистерн везикулы снова отделяются. Несущие модифицированный белок секреторные везикулы движутся к плазматической мембране и выделяют содержимое путем экзоцитоза. Другой пример транспортного пути в клетке показан на рис. 1.12, Б; это — поглощение холестерола клеткой. Транспортируемый в крови холесгерол связан в основном с белками, например частицами «лппопротепва ипзной плотности» (ЛНП).

Такие частицы присоединяются к специфическим, содержыцим рецепторы к ЛНП участкам мембраны„где происходит эндоцитоз и ЛНП переносится внутрь клетки в «окаймленных» везикулах. Эти везикулы сливаются, образуя зндосомы н утрачивая в ходе этого процесса «окаймление». Эндосомы в свою очередь сливаются с первичными лнзосомами. содержащими преимущественно гидролитические ферменты, и образуют вторичные, более крупные лизосомы.

В них холестерол высвобождается из частиц ЛНП и диффундирует в питозоль, где становится доступным, например, для синтеза липидных мембран. От эндосом также отделяются везикулы, не содержащие ЛНП, которые особым путем движутся к плазматической мембране н сливаются с ней, нозвращая мембранный материал и, вероятно, рецепторы к ЛНП.

С момента связывания частипы ЛНП с мембраной до высвобождения холестерола из вторичной лизосомы проходит 1Π— 15 мин. Нарушения в связывании и поглощении ЛНП, т.е. в снабжении клетки холестеро лом, играют решающую роль в развитии серьезного и широко распространенного заболевания — атеросклероза («отвердение» артерий). Существует множество других транспортных путей, сходных с показанными на рис. 1.1! и 1.12, А, с помощью которых движутся в клетке специфические везикулы.

Неизвестно, как именно они передвигаются, но в этот процесс, вероятно, вовлечены элементы цитоскелета. Везикулы могут скользить по микротрубочкам, а этом случае энергия для движения, по-видимому, обеспечивается связанным с везнкулами белком-АТФазой (см. ниже). Остается совершенно непонятным, как множество различных везикул, двигаясь одна за другой во всех направлениях, попадают по назначению. Они, очевидно, должны быть «помечеиы» таким образом, чтобы это распознавалось транспортной системой и преобразовывалось в целенаправленное движение. Тпанспорт путем образования и разрушения оргаиелл. До сих пор мы рассматривали эндо- и экзоцитоз как процессы транспортировки содержимого везикул. Существует и другой аспект этих процессов, заключающийся в том, что направленное удаление плазматической мембраны на одном участке клеточной поверхности путем эндоцитоза и,напротив, добавление ее на другом путем экзоци- ЧАСТЬ Е ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ тоза перемещает значительные участки мембраны (рис.

1.12, В), давая клетке возможпосп, например, сформировать вырост или двигаться. Сходиые перестройки типичны также и для цитоскелета, особенно для микрофиламентов и микро- трубочек (рис. 1.1). Мвкрефиламевты состоят в первую очередь из белка Р-актива, который способен к сборке в волокнистые пучки в результате полимеризации моцомера из цитозоля. Пучки поляризованы, т.е. опи часто нарастают только с одного ковца, аккумулируя вовые молекулы актива, тогда как другой конец внертев или здесь происходит разборка. За счет такого поляриэовапиого роста микрофиламенты эффективно перемещаются и может изменяться структура их сети.

Переход актива из деполимервзоваппого состояния (золя) в органиювавпое (гель) может происходить очень быстро под действием других белков или измевений концентрации ионов (см. люке). Существуют также белки, которые вызывают разрушение аатииовых филамевтов с образованием коротких фрагментов. Товкяе выросты миогях клеток — филоподии — содержат центральный пучок актива (рис. 1.1), и различные движения филоподий, вероятно, обусловлены переходами актива: полямеризация — деполимеризация. Мвкретрубечвв также часто претерпевают подобные перемещеиия. Механизм этих перемещений сходен — полимеризация тубулина из цитозоля таким образом, что один из концов микротрубочки растет, тогда как другой либо ве изменяется, либо там происходит разборка. Так микротрубочка путем соответствующего добавления илв устранения материала может перемещаться по цитозолю. Актвввые дввжеиия цвтвсвелета.

Изменения цитосклетиых структур могут происходить в результате как активных дввжений, так и перестроек, описаввых вьппе. Во многих случаях даижевие мвкротрубочек и актиновых филамептов обусловлено сократительиыми белками, которые связывают филамеигы или трубочки и могут перемещать их относительно друг друга. Белки мвезаи и дввеия присутствуют в цитозоле всех клеток в сравнительно высоких концентрациях; опи являются теми элементами, которые преобразуют энергию в движение в специализированных клетках (мышечных) и органеллах (ресвичках). В мышечных клетках миозвв образует толстые филаменты, ориентированные параллельно ахтввовым филамевтам. Молекула миозина своей «головкойюа присоединяется к акпшовому филамелту и, используя энергию АТФ, смещает мвазии вдоль молекулы актива. Затем миозин отсоедипяется от актива.